Nghiên cứu tính toán thông số điện cảm phân bố trong mô hình mạch máy biến áp lực cho phân tích đáp ứng tần số

Trang 1

BO GIAO DUC VA DAO TAO

TRUONG DAI HOC CONG NGHE TP HCM

HUTECH University

TRAN VAN TAM

NGHIEN CUU TINH TOAN THONG SO DIEN CAM PHAN BO

TRONG MO HINH MACH MAY BIEN AP LUC CHO PHAN TiCH DAP UNG TAN SO

LUAN VAN THAC SI

Trang 2

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS PHẠM ĐÌNH ANH KHƠI

Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Công nghệ TP HCM

ngày 24 thang 3 nim 2015

Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm: : TT Họ và tên Chức danh Hội đồng ¡ | G§TS, Lể Kùw †uuw Chủ tịch/

2 | PGS Te Ong dam nghã| _ pham biện 4

5 [TS duøly Chúc đục - | — phẩy bữy2

4 |M€.TC, Pham Thị Than, Bá — Uy vidly

s J&6T.Vỡ Nhẹ Bide Uy vier, That ky’

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau khi Luận văn đã được sửa chữa (nêu có)

Trang 3

TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ TP.HCM CONG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

PHONG QLKH —- ĐTSĐH Độc lập — Tự do - Hạnh phúc

TP HCM, ngày thẳng năm 20

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học vién: TRAN VAN TAM Giới tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 26/07/1974 Nơi sinh: Quảng Ngãi

Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện MSHV: 1341830026

I- Tên đề tài:

Nghiên cứu tính tốn thơng số điện cảm phân bố trong mô hình mạch máy

biến áp lực cho phân tích đáp ứng tần số II- Nhiệm vụ và nội dung:

— XAy dựng các mô hình thông số điện (tập trung và phân bố) cho MBA thử nghiệm

— Xác định các thông số điện cảm trong mô hình MBA tập trung dựa trên các phép đo — Xác định các thông số điện cảm trong mô hình MBA phân bố dựa trên thông số chế

tạo

IT- Ngày giao nhiệm vụ: 18/8/2014

IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ: . -Ặ-SnSennererrrrrrrrrerrrierreiiie

V- Cán bộ hướng dẫn: TS PHẠM ĐÌNH ANH KHÔI

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA QUAN LY CHUYEN NGÀNH

Trang 4

LOI CAM DOAN

Tôi xin cam đoan rằng luận văn với nội dung “Nghiên cứu tính tốn thơng

số điện cảm phân bố trong mô hình mạch máy biến áp lực cho phân tích đáp

ứng tần số” là công trình nghiên cứu của riêng tôi, dưới sự hướng dẫn của TS Phạm Đình Anh Khôi

Các số liệu, kết quả mô phỏng nêu trong luận văn là trung thực, có nguồn trích dẫn và chưa được công bố trong các công trình nghiên cứu khác

Tp Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 01 năm 2015 Người thực hiện luận văn

fg ˆ i

4

A z

Trang 5

ii

LOI CAM ON

Để hoàn thành cuốn luận văn này, tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất đến TS Phạm Đình Anh Khôi, người Thầy đã hết lòng, tận tâm, nhiệt tình

hướng dẫn và cung cấp cho tôi những tài liệu vô cùng quí giá trong quá trình thực

hiện luận văn

Xin chân thành cám on tập thể các Thầy Cô giáo đã giảng day, truyền đạt trí thức giúp tôi học tập và nghiên cứu trong quá trình học cao học tại Trường Đại Học

Công Nghệ TP.HCM

Xin chân thành cám ơn Ban giám hiệu, Phòng quản lý khoa học — Đào tạo sau đại học và khoa Điện — Điện tử Trường Đại Học Công Nghệ TP.HCM đã giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập và làm luận văn cao học tại Trường

Xin chân thành cám ơn các anh, chị học viên cao học ngành “Kỹ Thuật

Điện” khóa 03 đã đóng góp ý kiến cho tôi trong quá trình thực hiện luận văn này

TP.Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2015

NGƯỜI THỰC HIỆN

Trang 6

iii

TOM TAT

Luận van “Nghiên cứu tính toán thông số điện cảm phân bố trong mô hình mạch máy biến áp lực cho phân tích đáp ứng tần số” tập trung chủ yếu vào

các công việc sau:

1 Tìm hiểu các mô hình điện thay thế cho MBA: mô hình thông số tập trung (SĐTT) và mô hình thông số phân bố (SĐPB)

2 Xác định các thông số điện cảm trong SĐTT của một MBA phân phối (200kVA, 10.4/0.4 kV, YNyn6) dựa trên các phép đo

3 Xác định các thông số điện cảm trong SĐPB của một MBA phân phối

(200kVA, 10.4/0.4 kV, YNyn6) dựa trên giải tích các thông số chế tạo

Việc này sẽ giúp mô phỏng lại các đáp ứng tần số đo (khi có thêm các thông số điện dung) nhằm hai mục tiêu:

1 Giải thích được các thay đổi trên đáp ứng tần số ở vùng tần số giữa

Trang 7

iv

ABSTRACT

Thesis “Research on calculation of distributed inductances in transformer models for Frequency Response Analysis” focuses on mostly following tasks:

1 Study equivalent models of transformers: Lumped parameter and distributed parameter models

2 Determine inductances in a lumped parameter model of a distribution

transformer (200 kVA, 10.4/0.4 kV, YNyn6) based on frequency response measurements

3 Determine inductances in a distributed parameter model of a distribution

transformer (200 kVA, 10.4/0.4 kV, YNyn6) based on analytical calculation

from design parameters

This will help to simulate measured frequency responses (with appearance of capacitances) for two purposes:

1 Explain changes in frequency response in mid frequency range

Trang 8

MUC LUC

CHUONG 1: TONG QUAN VE NGHIEN CUU TINH TOAN THONG SO DIEN

CAM PHAN BO TRONG MO HiNH MACH MAY BIEN AP LUC CHO PHAN 9:67 1300) /cuy t0 1ổẻ 1 Bc ca nh 1 1.2 Đặt vấn dS vc cccsessssssecsssesssssescssssecssssecesssccesnseeessseessnncssusesssseseesseesaennsesstsanesensees 2 CHUONG 2: TONG QUAN VE MAY BIEN AP VA LINH VUC KHAO SAT ›79.ã0icuv t0 7 "b1 7.87 1.1 7 "ca nh ẽ 7 pc» nh 9 p 56.7 9 2.1.2.2 Day nh 11

2.1.3 Nguyén by 1m ViGC osc ceeenensereeteteneneneeaeneesneessneneneeenesneneneneneenes 12 2.2 Khao sat đáp ứng tần số trong máy 0 0 13

pc anh 13

”»zmz⁄® ến 0 NEEEE= - 11, 13 CHƯƠNG 3: SƠ ĐÔ THAY THÉ MÁY BIẾN ÁP -ccccccscssses 16 3.1 Giới thiệu chung - - ¿+ s+++ S2 s43 1200011612011 11T 16 3.2 Sơ dé thay thé thông số tập trung (SĐTTT) -seccctrriterrrrirrrirerie 16 khnc on ẽ ca 16

3.2.2 Cách xây Gumg ccecescscsssssssesssesessercsssseneeeeseneesensesasersvsesssssenserenenneesees 17 3.2.3 Khảo sát đáp ứng tần số trên mô hình thông số tập trung 22

3.3 So dé thay thế thông số phân bố (SĐPB) -.-ccciierierrierrirrrrrre 23

3.3.1 Giới thiệu 2< ©2z+22.x12E21227211<271.L 1 4 me 23

3.3.2 Cách xây dựng - se sen ceseer 1112 11110121 0m11 24

CHƯƠNG 4: CÁCH XÁC ĐỊNH THÔNG SÓ TRONG SƠ ĐỎ THAY THÉ MÁY

Trang 9

vi

4.2 Xác định thông số trong SĐTT dự trên phép đo -ccccccccsrrersree 26

4.2.1 Đo trở kháng ngắn mạch mỗi pha 55csS+cterertxrrtrrrrrrree 26

4.2.2 Do trở kháng thứ tự khơng -. +ce£©c+cvzzrrrtrertrrrrrrrrrtrrre 28

4.2.3 Đo trở kháng hở mạch s2 vn HH nh trên 29

4.3 Xác định thông số trong SĐPB dự trên giải tích -cteerceer 31 4.3.1 Áp dụng vào máy biến áp thử nghiệm T2 25 kVA 34

4.3.2 Xác định điện cảm trên 2 đĩa dây cùng pha -csieeere 36

4.3.3 So sánh xác định điện cảm giữa 2 cuộn dây cùng pha và 2 cuộn dây khác pha 55s s+ H122, 11 k1 1114 39

CHƯƠNG 5: AP DUNG TÍNH TỐN, DO LƯỜNG CÁC THÔNG SỐ ĐIỆN

CAM TREN MAY BIEN ÁP THỰC NGHIỆM TÌI .- -5 5<©5<2 41

5.1 Giới thiêu chung s< +sS> tren 17211 111701 41

5.2 Các thông số chế tạo MBA thử nghiệm TÌ -s+sccccscesrrrsree 42 5.3 Qui trình thực hiện tính toán các giá trị điện cảm -.eecere 45

5.3.1 Hai phần tử sơ cấp trên cùng pha A (ZAiAj) . .csreerrrerrre 46 5.3.1.1 Sơ đồ mạch thông sỐ -55<cSccccnrketrrirrrrrrrrrrri 46 5.3.1.2 Thông số đầu vào ¿ cccersecerriierrrirerirrrrrre 46 5.3.1.3 Bảng giá trị và đồ thị .c -6s ren 47

5.3.2 Hai phần tử sơ cấp trên cùng pha AÁ (Zaiaj) -ccceerreerreer 48

5.3.2.1 Sơ đồ mạch thông sỐ - s5 càccestrrirrrrrrirrrrree 48

Trang 10

vii

5.3.4.3 Bảng giá trị và đồ thị cccererieerriirrirrrriiiien 54 5.3.5 Phần tử sơ cấp pha A với phần tử thứ cấp pha a (ZAia)) 56 5.3.5.1 Sơ đồ mạch thông số -5:-55-cresrerrerrrrrrrrrrrrrree 56 5.3.5.2 Thông số đầu vào con 56 5.3.5.3 Bảng giá trị và đồ thị -seriiereriirerrirrrirriri 57

5.3.6 Cuộn đây sơ cấp pha A với cuộn dây sơ cấp pha B (ZAiBj) 59

5.3.6.1 So dd mach thong 86 ccccsecssscseeccecesrerseecsesssessssessecsseesneesne 59

5.3.6.2 Thong 86 dat Va0 .ceecsecseesseesesesrennessesssecseessesssceneessenseenseeneenaes 59

5.3.6.3 Bảng giá trị và đồ thị -cccecceeerrrrrrirrrririrrrie 60

5.3.7 Phần tử sơ cấp pha A với phần tử sơ cấp pha C (ZAiCj) 61 5.3.7.1 Sơ đồ mạch thông sỐ -. 5c 5cc5ctrkeirrxerrrrrrrtrrrrer 61 5.3.7.2 Thông số đầu vào . -¿ c7scccrrrtrrrrrrrirrrirriiirrrre 62 5.3.7.3 Bảng giá trị và đồ thị - ni 62 5.3.8 Phần tử sơ cấp pha A với phần tử thứ cấp pha B (ZAibj) 64 5.3.8.1 Sơ đồ mạch thông sỐ -25-52SeStxeerrrrrtrrirrrrrrrrre 64 5.3.8.2 Thông số đầu vào cccccrerrritrrrireriririirrriren 64 5.3.8.3 Bảng giá trị và đồ thị -cceeriirrrireiiriiiiririrdiee 65 5.3.9 Phan tir so cp pha A voi phần tử thứ cấp pha C (ZAiej) 66

5.3.9.1 So dB mach thong s6 ccseccsesssecseeeseeesseessessstesssssnessessneeesneeses 66

5.3.9.2 Thong 86 Gav Va0 wecsescsecssecsseessseesseesessssesseecsnsensensnessssessseenneneas 67

5.3.9.3 Bang gid tri va dd thi cccccsecscccseeecessneescrerssecssssvescssssnessssnneess 67

Trang 11

MBA SDTT SDPB A, B, C DUTS FRA LV Vili DANH MUC CAC TU VIET TAT : May bién 4p

: So dé thay thé thông số tập trung

:_ Sơ đồ thay thế thông số phân bố

:_ Đầu cực / cuộn đây cao áp pha A, B và C

: Đáp ứng tần số

: Frequency Response Analysis

Trang 12

ix

DANH MUC CAC BANG

Bang 1.1: Giải thích cdc théng s6 MBA trong hinh 1.3 .ssssssssssssesseecnnneesersenenees 5 Bang 3.1: Nguyên tắc đối ngẫu quy đổi từ - điện MBA csrrrrie 19

Bảng 4.1: Cấu hình các phép đo trở kháng đầu vào hở mạch -cs-¿ 30

Bảng 4.2: Trình bày kết quả nhận được từ việc tính tốn thơng số dựa trên phép

Ôn 31

Bang 4.3: Théng sé co bản của máy biến áp thử nghiệm 25 kVA (T2) 35

Bảng 4.4: Bảng kết quả tính toán điện cảm tự thân (tự cảm) 1 đĩa của cuộn dây

MBA T2 — ` 36

Bảng 4.5: Điện trở và điện cảm tính toán của hai đĩa dây sơ cấp cùng trên pha A tại

tần số 1 kHz khi khoảng cách z thay đỗi -5c+cccerrrrirriirrrirrirrrrrrrre 37 Bảng 4.6: Điện trở và điện cảm tính toán của hai đĩa dây sơ cấp trên cùng pha A tại

tần số 10 kHz khi khoảng cách z thay đổi 6-55 38 Bang 5.1: Thông số máy biến áp TÌ c5ccecccrxitttrtrrrrtrririrrrrriirierrrrie 4I Bảng 5.2: Thông số chế tạo của MBA TI -ccccccrrirrrtrrirrrrrrriirrrieee 44

Trang 13

DANH MUC CAC HINH

Hình 1.1: Phép đo áp dụng ở phía nỗi sao của MBA Y-A .errre 2

Hình 1.2: Biên độ và góc pha của một đáp ứng tần sỐ ‹ ccceeeerrrrrrree 3 Hình 1.3: Biên độ và góc pha của một đáp ứng tần sỐ -ccccccrerrrrrre 3 Hình 1.4: Biên độ và góc pha của một đáp ứng tần sốỐ :-ccccecrrrrrrree 5 Hình 1.5: Sơ đồ mạch thông số tập trung (a) và phân bố (b) của một bộ cuộn dây

cao ap (HV) — ha áp (LV) của MBA cv HH1 6

Hình 2.1: Máy biến áp 1 pha và 3 pha 5¿-55cS5secrkrrrkrrrrrrrtrrrrrrirrrrien 7 Hình 2.2: Hình đạng và kết cầu của một số máy biến áp 3 pha - 9

Hình 2.3: Lõi thép kiểu trụ: 1 pha và 3 pha -scSrseerrrrerrrrrtriiirerirdr 9 Hình 2.4: Lõi thép kiểu bọc, 1 pha, 3 pha - -2 c52+Scrrerrrrrrrrrrirtrrrrree 10 Hình 2.5: Ghép rời lõi thép c55 co etieetirrrririeriirrirrrie 10 Hình 2.6: Ghép xen kẻ lõi thép nen HH0 20.111.11rer1e 10 Hình 2.7: Dây quấn và các đầu ra của dây quấn trên MBA 3 pha - 11

Hinh 2.8: Nguyên lý làm việc của may biẾn áp -cccccsrrrrrirrrrrrrrerrrie 12 Hình 3.1: Sơ đồ thông số tập trung MBA -5scccsrrerrretrrietrirrrrirerrrer 17 Hình 3.2: Các thành phần từ thông đi qua lõi MBA cceecerrrre 18 Hình 3.3: Sơ đồ mạch từ tương đương của MBA - ccscneereerrrrrrrrrrre 18 Hình 3.4: Quy trình thực hiện chuyển đôi mạch từ - điện trong MBA 19

Hình 3.5: Đánh số các vị trí nút và lưới cho chuyên đổi mạch từ - điện 20

Hình 3.6: Mạch sơ bộ nút và lưới chuyên đổi mạch từ - điện 20

Hình 3.7: Mạch điện sau khi chuyển đổi mạch từ- điện cc«ccereeer 21 Hình 3.8: Sơ đồ mạch tập trung MBA -2 -+2secenrerrtrrrrrrirerirrrrie 22 Hình 3.9: Đáp ứng tần số đo lường và mô phỏng dùng SÐTT 23

Hình 3.10: Sơ đồ mạch thông số phân bồ trên một pha của MBA hai cuộn dây 23

Hình 3.11: Cấu trúc một phần tử trong sơ đồ thông số phân bố . - 24

Hình 4.1: Phép đo trở kháng ngắn mạch đầu vào của cuộn dây pha A 27

Hình 4.2: Tần số đáp ứng của trở kháng đầu vào kiểm tra ngắn mạch trong

Trang 14

xi

Hình 4.3: Đo trở kháng thứ tự không đầu vào bên HV của MBA đâu Y —A 28

Hình 4.4: Đáp ứng tần số của trở kháng đầu vào thứ tự không trong hình 4.3 29

Hình 4.5: Mạch đo trở kháng đầu vào của pha A -ccrrcerrrreerrrrrrrxe 30

Hình 4.6: Mặt cắt của lõi sắt và 2 phần tử khảo sát để tính thông số 31

Hình 4.7: Minh họa các thành phần trong công thức 4.1 .- -ee- 32

Hình 4.8: Mặt cắt lõi sắt MBA thử nghiệm theo phương thẳng đứng 35 Hình 4.9: Mặt cắt lõi sắt, cuộn dây MBA thử nghiệm 25kVA theo phương thẳng

TIPATE Án HH th HH nh 1404.0218117 0 11 Tàn 114001041 T11110701170017104 35

Hình 4.10a: Điện cảm trên một dia dây của cuộn sơ cấp pha A 36

Hình 4.10b: Điện trở trên một đĩa dây của cuộn sơ cấp pha A -. -c-e 37

Hình 4.11a: Điện cảm tương hỗ giữa hai đĩa dây sơ cấp pha A -c-ccce¿ 38 Hình 4.11b: Điện trở giữa hai đĩa dây sơ cấp pha A ccc ccree 39 Hình 4.12a: Hỗ cảm giữa hai đĩa dây sơ cấp khác pha . -ccccecreerkeree 39 Hình 4.12b: Điện trở giữa hai đĩa dây sơ cấp khác pha s«cecrreeeriieee 40

Hình 5.1: Máy biến áp thí nghiệm TÌ -52°-©+xesrerrrrrtrrirrrrrriteiirrrr 41

Hình 5.2: Sơ đỗ đấu dây và tổ đấu dây nguyên bản của máy biến áp T1 (Yz5) 42

Hình 5.3: Sơ đồ đấu dây và tổ đấu đây của máy biến áp T1 (YNyn6) 42 Hình 5.4: Mặt cắt dọc máy biến áp T1 (YNyn6) -csccccrrrrerrrrererre 43

Hình 5.5: Mô hình tương đương lõi từ MBA TTÌ eeccceeeeeeirireriie 43 Hình 5.6: Mô hình mạch thông số của MBA ba pha TH re 45 Hình 5.7: Mô hình mạch thông số của MBA hai cuộn dây pha A 46 Hình 5.8: Điện cảm trường hợp AiAj (AIAI đến A1AA4) -ceerrrierree 47

Hình 5.9: Điện trở trường hợp AiAj (A1A1 đến A1A4) cccccccreerrree 48

Trang 15

xi

Hình 5.16: Mô hình mạch thông số của MBA hai cuộn dây pha B 53

Hình 5.17: Điện cảm trường hợp bi - si cà 2211291911 812.11.1111.krie 35 Hình 5.18: Điện trở trường hợp bibj - - sen, ereren 35 Hình 5.19: Mô hình mạch thông số của MBA hai cuộn dây pha A 36 Hình 5.20: Điện cảm trường hợp Ala], - sec H1 reeererre 57 Hình 5.21: Điện trở trường hợp ÁlaJ - „ch tre rên 58

Hình 5.22: Mô hình mạch thông số của MBA hai cuộn dây pha A, pha B 59

Trang 16

CHUONG 1

TONG QUAN VE NGHIEN CUU TINH TOAN THONG SO DIEN CAM

PHAN BO TRONG SO DO MACH MAY BIEN AP LUC CHO PHAN TICH DAP UNG TAN SO

1.1 Giới thiệu

Yêu cầu cung cấp điện trong Hệ thống điện Việt Nam đòi hỏi ngày càng cao trong

những năm gần đây Vì thế, việc tránh những sự cố vận hành của hệ thống điện trở

nên ngày càng quan trọng Tuy nhiên, do chỉ phí cao của các thiết bị cao áp, đặc

biệt là máy biến áp (MBA), việc thay mới để nâng cao độ tin cậy sẽ là không kinh tế đối với nhiều thiết bị đã qua thời hạn sử dụng vì trên thực tế nhiều thiết bị này

vẫn còn tình trạng khá tốt Vì vậy việc đánh giá đúng tình trạng của các MBA là rat

cần thiết trước khi đưa ra bất kỳ kết luận nào về việc thay thế hay đại tu lại các

MBA này

Máy biến áp là một trong những thiết bị quan trọng của hệ thống điện và chúng

được lắp đặt ngoài trời, chịu ảnh hưởng rất nhiều yếu tố thời tiết, khí hậu, môi

trường và tác động của con người

Làm việc tin cậy, khả năng sẵn sàng hoạt động cao là các yêu câu quan trọng của

MBA trong hệ thống điện Để đáp ứng các yêu cầu này công tác chân đoán, kiểm

tra thử nghiệm và bảo dưỡng đóng vai trò rất quan trọng

Lĩnh vực khảo sát đáp ứng tần số (Frequency Response Analysis - FRA) đo lường trên đầu cực máy biến áp lực (power transformers) phục vụ cho mục đích chân đoán

sự cố điện và cơ (electrical and mechanical failures) trong phần tích cực (active part) của MBA bao gồm lõi và các cuộn dây (core and windings) là một lĩnh vực

Trang 17

1.2 Dat van dé

Trước đây các phương pháp chân đoán sự cố nói chung cho MBA dựa trên phép đo

thông số điện một chiều (như đo điện trở cách điện và điện trở cuộn dây v.v ) và

xoay chiều tần số công nghiệp (điện cảm rò, tổng trở ngắn mạch, điện dung v.v.)

hay phân tích đặc tính lý, hóa học của cách điện trong MBA (áp suất dầu, khí hòa

tan trong dầu, nồng độ nước, đặc tính cách điện rắn v.v.) tỏ ra hiệu quả; tuy nhiên đối với các loại sự cố điện và đặc biệt là sự cố cơ trong cuộn dây MBA, các phương

pháp trước đây không thực sự hiệu quả và do đó, phân tích các đáp ứng tần số đo lường trên đầu cực MBA trong một vùng tần số rộng được xem như một giải pháp

duy nhất cho vấn đề này vì các sự cố cơ trong cuộn dây MBA chỉ gây ra sự thay đổi trên đáp ứng tần số ở vùng tần số giữa và cao (mid and high ftequency range)

Đáp ứng tần số của MBA được xác định theo nguyên tắc sau (xem hình 1.1 va 1.2) — _ Cung cấp một điện áp rất thấp, ví dụ vài Vôn, nhưng trong một vùng tần số

rộng, ví dụ 20 Hz đến 2 MHz, vào một đầu cực MBA (kí hiệu Vs = source

voltage)

— _ Đo điện áp ở một đầu cực khác (gọi là Vr = reference voltage)

— _ Rồi tính tỉ số giữa chúng:

Biên độ: Magnitude = 20log (Vr/Vs) [dB]

Góc pha: Phase-angle = góc pha {Vr} — góc pha {Vs} [deg]

Trang 18

Đây gọi là đáp ứng tần số của tỉ số điện áp (voltage ratio) hay đáp ứng tần số tiêu chuẩn vì các tiêu chuẩn hiện tại của các hiệp hội kỹ thuật điện quốc tế như CIGRE

[2] IEEE [3] và IEC [4] chỉ đề cập đến loại đáp ứng tần số này trong việc phân tích

để chẩn đoán sự cố với nguyên lý được minh họa ở hình 1.2 † † 5 —>Ì£ 2 I N _—.— => “Input signal (sine N Output signal signal of variable + frequency) z, ` jon 3 4 Ke XO" me —> Amplitude “Kk NA Phase

Hình 1.2: Biên độ và góc pha của một đáp ứng tần số

Trang 19

Trên hình 1.3, toàn vùng tần số có thể được chia thành hai nhóm vùng riêng với đặc

tính như sau:

— Vung 1: vùng ảnh hưởng của các thông số tập trung (lumped parameters)

Trong vùng này, đáp Ứng tần số thường phản ánh các thông số tập trung của

MBA, ví dụ như tổng trở của lõi sắt (core impedance), điện cảm rò (leakage

inductance) hay điện dung tương đương (total capacitance) của cả cuộn dây tùy theo kiểu đáp ứng tần số v.v Vùng 1 chỉ nằm trong phạm vi từ mức tần số thấp (20 Hz) đến một mức tần số giữa nào đó (vài kHz đến vài chục kHz,

tùy theo MBA và kiểu đáp ứng tần số)

— Vùng 2: vùng ảnh hưởng của các thông số phân bố (distributed parameters)

Trong vùng này, các thông số tập trung không còn được phản ánh đúng trên

đáp ứng tần số mà là các thông số phân bố, ví dụ điện dung của từng vòng

đây thay vì cả cuộn dây Vùng 2 nằm trong vùng tần số từ giữa (ngay sau

vùng 1) đến tần số cao (2 MHz)

Tuy nhiên, cách thức diễn giải sự thay đổi đáp ứng tần số tiêu chuẩn theo các thông

số điện để chẩn đoán sự cố cơ cho phần tích cực của MBA (bao gồm lõi sắt và các cuộn dây) vẫn chưa được đề xuất một cách thích đáng Nhìn chung, sự giải tích đáp

ứng tần số phụ thuộc vào kinh nghiệm của chuyên gia vì MBA là một phần tử phức

tạp nên rất khó để giải tích đáp ứng tần số của các MBA lực theo một quy luật

riêng, đặc biệt ở vùng tần số giữa và cao

Ngoài đáp ứng tần số tiêu chuẩn, còn có một dạng đáp ứng tần số khác, gọi là

không tiêu chuẩn (non-standard) dưới dạng tổng trở đầu cực (input impedance), tức 1a thay vi do Vr thi sé do Is réi xdc dinh Zs = Vs/Is (Q) nhu duge minh họa ở hình

Trang 20

Magnitude in ——> > 3 3 10° 10° 10 Frequency in Hz 10° 10

Hình 1.4: Biên độ và góc pha của một đáp ứng tần số

Tuy hai dạng đáp ứng tần số tiêu chuẩn và không tiêu chuẩn khác nhau, nhưng một

sự thay đổi thông số của MBA do sự có đều dẫn đến thay đổi trên cả hai loại đáp

ứng này; giúp giải thích đáp ứng tần số tiêu chuẩn nhằm phát hiện thông số điện nào

bị thay đổi sau khi một sự cỗ xuất hiện, đáp ứng tần số không tiêu chuẩn được áp dụng theo một trong những nghiên cứu mới nhất trong lĩnh vực này [Š]

Cả hai dạng đáp ứng tần số đều được đo lường trên đầu cực MBA và được tính toán

dựa trên mạch tương đương giới thiệu ở hình 1.5: sơ đồ mạch các thông số tập trung

(áp dụng giải tích vùng 1) và mạch các thông số phân bố (áp dụng giải tích vùng 2)

Các thông số trên sơ đồ được giải thích 6 bang 1.1

Bang 1.1: Các thông số MBA trong hình 1.5 Thông số điện Sơ đỗ thông số tập trung Sơ đỗ thông số phân bố Điện cảm lõi / vòng dây Trụ và géng: L; va Ly L¿, Lị, Mụ (tần số thấp) Điện cảm rò / vòng dây Lạ L, L¡, My (tan số cao) Điện cảm thứ tự không La (chỉ có trong mạch 3 pha) Không có

Điện dung cuộn dây

Nỗi tiếp Cạn, Cai, Đối-với-đất Cạn, Cại

Liên-cuộn-dây (mắc vòng) Ci Nỗi tiệp Csno, CsLo

Đôi-với-đât Coro, Cgro

Trang 21

ome Ra L3 Ry R = sia Ry ly CsL N | Ly Net CaH2 1 xu y 1 : C2 HV tv winding winding ® @ HV Ww winding winding a) b)

Hình 1.5: Sơ đồ mạch thông số tập trung (a) và phân bố (b) của một bộ cuộn day

cao áp (HV) — hạ áp (LV) của MBA

Việc giải tích các đáp ứng tần số cũng như tính toán sơ đồ mạch thông số phân bố ở vùng tần số giữa và cao vẫn chưa được giải quyết một cách triệt để dù rằng có khá

nhiều nghiên cứu phức tạp đã được thực hiện [6, 7], nhưng tính hiệu quả cho một

lời giải đơn giản vẫn chưa được tìm ra

Lời giải tổng quan cho vẫn đề này là việc xác định các thông số mạch phân bố trong mạch tương đương (hình 1.5b) dựa trên các phép đo và thông số chế tạo (khoảng cách, kích thước, loại vật liệu)

Trong phạm vi của một luận văn thạc sĩ, đề tài sẽ tập trung vào nghiên cứu tính tốn các thơng số điện cảm phân bé (Li, L;, Mụ) dựa trên thông số chế tạo của một MBA

phân phối 200 kVA, 10.4/0.4 kV, VNyn6 nhằm góp phần xác định một phần' mạch

thông số phân bố cho mục tiêu giải tích các đáp ứng tần số ở vùng tần số giữa (và

cao) dựa trên mô phỏng

—_—

Trang 22

CHUONG 2

TONG QUAN VE MAY BIEN AP VA LINH VUC KHAO SAT

DAP UNG TAN SO

2.1 May bién 4p

2.1.1 Giới thiệu

MBA minh họa ở (hình 2.1) là thiết bị điện từ tĩnh, làm việc dựa trên nguyên lý cảm

ứng điện từ, dùng để biến đổi mạch điện có điện áp U¡ (va dong điện lị tần số f) thành mạch điện có điện áp Up (va dòng điện I; tần số f› = f¡) Ở MBA, việc biến

đổi điện áp chỉ thực hiện được khi đòng điện là xoay chiều hoặc dòng điện biến đổi xung MBA được dùng trong hệ thống truyền tải và phân phối điện năng; ngoài ra MBA cũng được dùng cho một số yêu cầu khác như nối với mạch chỉnh lưu, làm

nguồn cấp điện cho lò điện, máy hàn, máy thử nghiệm MBA gồm hai hoặc nhiều

cuộn dây, hay một cuộn dây có đầu vào và đầu ra MBA có thể thay đổi hiệu điện

thể xoay chiều, tăng thế hoặc hạ thế, đầu ra cho một hiệu điện thế tương ứng với

nhu cầu sử dụng MBA đóng vai trò rất quan trọng trong truyền tải điện năng

Trang 23

Dựa trên định luật cảm ứng điện từ do Michael Faraday tim ra vao nam 1831, đến

năm 1884, MBA đầu tiên đã được chế tạo bởi Károly Zipernowsky, Miksa Déri và

Ottó Titusz Bláthy Năm 1891 Và Nikolai Tesla đã phát minh ra MBA xoay chiều

có khả năng làm việc ở điện áp và tần số cao là bước nhảy vọt trong lịch sử phát

triển của MBA

Một MBA bao gồm các đại lượng định mức cơ bản như sau:

— Dung lượng hay công suất định mức Sam là cơng suất tồn phần (hay công suất

biểu kiến) đưa ra ở dây quấn thứ cấp của MBA [kVA], [VA] — Điện áp dây sơ cấp định mức Ua„ [V], [KV]

— Dòng điện dây định mức sơ cấp lạm [A], [kA]

— Điện áp dây thứ cấp định mức U¿am là điện áp dây của dây quấn thứ cấp khi MBA không tải và điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp là định mức [V], [kV] — Dòng điện dây định mức thứ cấp I›am ứng với công suất định mức [A], [kA] — Đối với MBA 1 pha: 5 S liạm= —“h, bạm= —“—, lẩm b z„ — Đối với MBA 3 pha: Sam Sim Liam = Bu,” hém = BU,,, — Tần số định mức fz„ tính bằng Hz (f= 50 Hz)

— Ngoài ra trên nhãn máy của MBA còn ghi các số liệu như: số pha m, sơ đồ và

tổ nối dây quấn, điện áp ngắn mạch U;%, chế độ lãm việc và phương pháp

Trang 24

2.1.2 Cau tao Hình 2.2 giới thiệu MBA làm mát bằng dầu và MBA làm mát bang không khí Hinh dang và kết cầu của một số máy biến áp 3 pha 2.1.2.1 Lõi thép

Lõi thép dùng để làm mạch từ, đồng thời làm khung để quấn dây quấn

~ MBA kiểu lõi hay kiểu trụ: dây quấn bao quanh trụ thép, loại này rất thông

dụng cho các MBA I1 pha và 3 pha, dung lượng nhỏ và trung bình

— MBA kiêu bọc: mạch từ được phân nhánh ra 2 bên và bọc lay một phần dây

quấn, loại này dùng cho MBA có công suất nhỏ Các MBA hiện đại dung

lượng lớn và cực lớn (từ 80 đến 100 MVA cho 1 pha) để giảm chiều cao của

trụ thép, dễ dàng cho việc vận chuyên, mạch từ được phân nhánh sang 2 bên,

Trang 25

10 Cee

Hình 2.4: Lõi thép kiểu bọc, 1 pha, 3 pha

- MBA có lõi hình xuyến: sử dụng trong MBA đo lường, máy biến áp điều chỉnh vô cấp

Lõi thép MBA gồm 2 phần (hình 2.3 và 2.4): phần trụ ký hiệu chữ T và phần gông ký hiệu chữ G Trụ là phần lõi thép có quấn dây quan, gông là phần lõi thép nối các

trụ với nhau thành mạch kín và không có dây quan

Lõi thép được ghép bởi các lá thép kỹ thuật điện (hình 2.5 và 2.6) dày từ 0.35 mm đến 0.5 mm, có phủ sơn cách điện trên bề mặt (giảm dòng điện xốy) Trụ và gơng có thể ghép nói hoặc ghép xen kẽ Ghép nối thì trụ và gông ghép riêng, sau đó dùng

xà ép và bu - lông vít siết chặt lại Ghép xen kế thì toàn bộ lõi thép phải ghép đồng

thời và các lá thép được ghép xen kẽ với nhau Phương pháp này tuy phức tạp

nhưng giảm được dòng điện xoáy và bền về phương diện cơ học, do vậy hầu hết các

MBA hiện nay đều ding kiểu ghép này fn ƒ1 mM

Hình 2.5: Ghép rời lõi thép Hình 2.6: Ghép xen kẻ lõi thép

Tóm lại máy biến áp gồm các thành phần sau: Lõi thép (hay mạch từ) là môi trường

Trang 26

11

được ghép thành từ các lá thép rời có độ dày từ 0.35 mm đến 0.5 mm Lá thép kỹ

thuật điện là hợp chất của sắt và Silic, hàm lượng Silic từ 1 % đến 4 % 2.1.2.2 Day quan

Dây quần là bộ phận dẫn điện của MBA làm nhiệm vụ thu năng lượng và truyền năng lượng ra Kim loại làm dây quấn thường là đồng, cũng có thể bằng nhôm nhưng không phổ biến

Dây quấn hạ áp thường quần phía trong gần trụ thép, còn dây quan cao 4p quan phia

ngoai boc lay day quấn hạ áp Với cách quấn dây này có thê giảm bớt được điều

kiện cách điện dây quấn cao áp (kích thước rãnh dầu cách điện, vật liệu cách điện

day quan cao áp) bởi vì dây quấn cao áp và trụ đã có cách điện của dây quấn hạ áp

Bộ dây sơ cấp hay ngõ vào biến áp nhận điện năng từ nguồn cấp vào biến áp Bộ

dây thứ cấp hay ngõ ra của biến áp cấp điện năng đến tải Dây quấn biến áp được

làm bằng đồng hay nhôm có tiết diện tròn hay chữ nhật

Hình 2.7 trình bày kết cấu MBA 3 pha và các đầu ra dây sau khi thi cơng hồn

chỉnh dây quấn MBA có thể có cách điện dùng dầu hoặc cách điện dùng môi

trường không khí (MBA khô)

Trang 27

2.1.3 Nguyên lý làm việc

Khi ta nôi dây quấn sơ cấp vào

nguồn điện xoay chiều điện áp sẽ có dòng điện sơ cấp

(hình 2.8)

Dòng điện sinh ra từ thông

biến thiên chạy trong lõi thép -

Từ thông này móc vòng đồng

thời với cả hai dây quần sơ cấp và thứ cấp được gọi là từ thông chính Theo định luật cảm ứng điện từ: 12 Tw thing chink

Hình 2.8: Nguyên lý làm việc của máy biến áp

là số vòng day quan so cap va thir cap

Khi máy biến áp có tải, dưới tác động của site dign dong, có dòng điện thứ cấp cung cập điện cho tải

Từthông biến thiên hình sin:

Ta có:

Trang 28

13

k = E,/E> = W/ W;, k được gọi là hệ số biến áp

Bỏ qua điện trở dây quấn và từ thông tản ra ngồi khơng khí, ta có:

Eị _ Mì

U,/Uạ* Ƒ-= w =Â

Bỏ qua mọi tôn hao trong máy biến áp, ta có:

Ù; XI, = U, x iL Suy ra U,/U2 =I, = WW, =k

2.2 Khảo sát đáp ứng tần số trong máy biến áp

2.2.1 Giới thiệu

Khảo sát đáp ứng tần số (Frequency Response Analysis - FRA) là kỹ thuật phân tích các đáp ứng tần số đo lường trên đầu cực máy biến áp lực (power transformers)

phục vụ cho mục đích chẩn đoán sự cố điện và cơ (electrical and mechanical

failures) trong các thành phần tích cực (active part) của MBA bao gồm lõi và các

cuộn day (core and windings) FRA 14 mét lĩnh vực mới được tập trung nghiên cứu trong khoảng 35 năm trở lại đây, bắt đầu từ một công trình của Dick năm 1978, và

đã được giới thiệu tổng quan ở chương 1

2.2.2 Ý nghĩa

Tóm lại, lĩnh vực khảo sát đáp ứng tần số được biết đến với 2 loại hình khảo sát là tiêu chuẩn và không tiêu chuẩn mở ra một hướng đi mới trong việc phân tích và

chẩn đoán sự cố ở các thành phần vận hành của MBA

Sự ra đời của lĩnh vực này cũng đã góp phần không nhỏ trong việc phát hiện sự cố cơ trên cuộn dây cũng như trợ giúp các phương pháp khảo sát phục vụ cho chân đoán sự cố bên trong MBA trước đây

Tuy nhiên, ngoài việc chân đốn sự cơ cơ dựa trên phép đo, cùng với sự phat trién

của máy tính và công nghệ thông tin, thì việc mô phỏng lại các kết qua do dựa vào

các sơ đồ thay thế MBA trở nên khả thi và giúp việc chân đoán hiệu quả hơn

Do nhiều yếu tế tác động làm cho MBA mat đi tính nguyên vẹn về cơ học và điện,

Trang 29

14

điện tiềm ấn bên trong MBA mà các phương pháp khác không có khả năng phát hiện được Việc biết được tình trạng bên trong MBA sẽ cho phép kết luận về tình

trạng vận hành của MBA

Những tình trạng bất thường bên trong MBA mà việc sử dụng kỹ thuật FRA có thể phát hiện được bao gồm:

~ Sự biến dạng và dịch chuyển của cuộn dây

— Việc ngắn mạch các vòng dây và hở mạch của cuộn dây

— Các gông từ lõi thép bị lỏng — Các gông từ ép lõi thép bị vỡ

— Các trục trặc ở mối ghép nối của lõi thép

— Việc hư hỏng cục bộ của cuộn dây

— Hư hỏng ở việc nối đất của lõi thép

— Việc xê dịch của lõi thép

— Một số vấn đề có liên quan đến tình trạng đấu nối của các dây nối vào sứ đầu

vào, điều áp dưới tải

Do việc thiếu độ nhạy của các thử nghiệm thông thường hiện tại nhằm phát hiện sự dịch chuyên của cuộn dây và phản hồi tích cực từ những công ty dịch vụ bảo trì trên

thế giới, việc sử dụng các thiết bị đo FRA nên được xem là một cơng cụ chan đốn

hỗ trợ trong công tác thí nghiệm đánh giá hư hỏng và kiểm tra sự cố ở các MBA

lực

Đến nay, sau gần hai mươi năm kiểm nghiệm trên thực tế, kỹ thuật FRA đã chứng

tỏ là một công cụ mạnh mẽ về phương tiện phát hiện sự dịch chuyên của cuộn dây

và các hư hỏng khác vốn ảnh hưởng đến tổng trở của MBA

Trang 30

15

đây như là một tiêu chuẩn cần thiết đề tiến hành các phép đo FRA trong những tình

huống sau đây:

—_ Ở tất cả các MBA mới với mục đích lấy số liệu gốc ban đầu (fingerprint) — Là một phần của các thử nghiệm điện định kỳ

— Sau khi lắp đặt lại MBA

— Sau khi MBA gặp phải các ngắn mạch dài hạn

— Sau khi sửa chữa các bộ chuyên nắc ở MBA

—_ Sau khi xử lý hút chân không, lọc dầu và tái sinh dầu

— Sau bất kỳ loại sự cố nào xảy ra ở MBA

— Sau bất kỳ các loại hình báo dưỡng nào đã thực hiện ở MBA, đặc biệt khi có

sự kiểm tra bên trong MBA

Khối lượng các phép đo ERA cần thực hiện trên MBA hiện đã được qui định theo tiêu chuẩn IEC60076-18 [4]

Trên thực tế, người ta thường thực hiện các phương pháp đo bằng các thiết bị chuyên dụng để khảo sát đáp ứng tần số (ĐƯTS) Để hiểu rõ hơn các DUTS do được, người ta thường tiến hành mô phỏng dựa trên các sơ dé thay thế tương đương

của MBA và cấu hình đo

Trang 31

16

CHUONG 3

SO DO THAY THE MAY BIEN AP

3.1 Giới thiệu chung

Sơ đồ mạch tương đương (physical equivalent transformer circuit) của MBA với

các thông số điện thì cần thiết cho khảo sát đáp ứng tần số Trong sơ đồ mạch tương

đương (SĐTĐ), các thông số điện có liên quan trực tiếp đến các hiện tượng vật lý diễn ra bên trong MBA

Sau đây, chương này sẽ tìm hiểu 2 loại SĐTĐ của MBA: so đồ thông số tập trung

và sơ đồ thông số phân bố

3.2 Sơ đồ thay thế thông số tập trung (SĐTT) 3.2.1 Giới thiệu

Trong các nghiên cứu gần đây, sơ đồ thông số tập trung được xem là sơ đồ cơ bản

trong phân tích đáp ứng tần số trong vùng tần số thấp và vùng tần số trung bình

Cũng có những sơ đồ tốt hơn để phân tích cho vùng tần số cao, tuy nhiên, để có được sơ đồ loại này thì yêu cầu phải có các thông số chế tạo của MBA, đĩ nhiên điều nay là một trở ngại không nhỏ

Hình 3.1 giới thiệu một sơ đồ thông số tập trung của MBA bao gồm 2 thành phần

chính như sau:

— Vùng trung tâm: (màu xanh) là phần tương đương của mạch từ, bao gồm các thành phần phụ thuộc vào tần số như là trở kháng phi tuyến của trụ lõi (core

legs) và gông lõi (core yokes) (Z¡ = Rị//Lạ, Zy = Ry//Ly tương ứng), điện

cảm rò của mỗi pha (leakage inductance L;); điện cảm hở mạch thứ tự không

(open-circuit zero sequence Z, = R,//L,)

— Vùng bên ngồi: mơ tả các thành phần cuộn đây pha: điện trở phụ thuộc vào tần

s6 (frequency-dependent resistances Ry, R,); dién dung (dién dung nối tiếp

Trang 32

17

đồng thời cũng thể hiện sơ đồ đấu dây của MBA Các MBA lý tưởng được

thêm vào để mô tả sự cách ly giữa phía sơ cấp và phía thứ cấp và tỉ lệ vòng dây Cavy2 x6 ls CoHi2 i Ru Lạ R, i Cgu2 ®Ƒ CsH Rì + ky net GL a qT i is, T R CgH/2 + Ru mi 7 R + CạL2 oO fay - mZn| Ấm? 2© + : L 7 CaH2 T “SL ag NS 192 N.N.- Y NoN, cạmz L Ru wide , R + cạua © E CsH X eae CsL + © CoH2 + NAN, NON + 1s 1 1®

Vùng ngồi Vùng trung tảm Vùng ngoài

Hình 3.1: Sơ đồ thông số tập trung MBA

3.2.2 Cách xây dựng

SĐTT nhận được dựa trên hiện tượng điện từ bên trong MBA theo nguyên lý đối ngau (duality principle) bắt đầu từ việc khảo sát cầu tạo của lõi thép MBA ba pha

hai cuộn dây, với các từ thông từng pha được mô tả trong hình 3.2 Theo đó mỗi pha sẽ tồn tại các từ thông như sau:

$; từ thơng đi qua lõi (chính) ®, từ thông đi trong gông (phụ)

@®; từ thơng giữa lõi và cuộn dây thứ cấp

®; từ thơng giữa cuộn dây cao áp và hạ áp

Trang 33

18 TH NI xà 7 - NT UN errs, oT Ce) by c_, | TY N (Uy TN ict! ia ; hà | ? tà _ |: n: ‘ ‹ | io - ' 1 ra + | —ớ—: Mes MI HH : lÌ EU: oo a) pe: ao ‘ oo 1 ' wb ' | | Ị o 4 I { + ị | oof ! Í ' | Who 4 |]! y fl " I HHÌNL re Ị ; Hịị | ' ony lì (hạ Pa sy le ih as oy : || |: l , I ) Ney: | : : Wy: Ị ‘ ¡| Œ : hị H1: :r†! : hị HH: teri ih HH: : (Loy ! l1 ry LY ot tt! ry VL :( hgLI 2; t | } + j to 1 + L 7 ` ( † 4 | : eS EL Ane Dy a [OO |

Hình 3.2: Các thành phần từ thông di qua 16i MBA

Mạch từ tương đương của MBA được thể hiện trong hình 3.3, với các dòng từ thông

được thay thế bởi từ trở tương ứng và nguồn điện được thay thể bởi sức từ

động Từ trở của lõi (yoke và limb) không tuyến tính vì nó phụ thuộc vào vật liệu dẫn từ Ry Ry mm an Ri] [yz HK, | pr 9% [| 9#t› Ny MR, Rs CV) Fn 9y UY) Fu Vy WU) Fu _ _

Hinh 3.3: So dé mach tuong duong cla MBA

Các nguyên tắc đối ngẫu thể hiện trong bảng 3.1 Nguyên tắc này giúp chuyển đổi từ mạch từ sang mạch điện Khi đó các vòng mắt lưới sẽ đánh dấu bằng một nút, và

ngược lại các nút sẽ thay thế cho một vòng Do chuyển đổi từ mạch vòng thành nút

Trang 34

19 Bảng 3.1: Nguyên tắc đối ngẫu quy đổi từ - điện MBA Mạch từ Mạch điện Từ trường (F) Điện áp (V) Từ thông (Wb) Dòng điện (A) Từ trở (1H) Điện cảm (L) Mắt lưới Nút Nút Mặt lưới @ wy © = Kip Re val] J FL J h ; ® FH 9y — Sg + D

Hình 3.4: Quy trình thực hiện chuyển đổi mạch từ - dign trong MBA

Xét mạch vòng thứ nhất đi qua từ trở _, : , sa ; nhu hinh 3.4; sir dung nguyén tac đối ngẫu ta chuyển mạch vòng đó thành nút số 1, mạch vòng thứ

hai đi qua , , — thành nút số 2 Trong hai mạch vòng đang xét đều đi qua từ

trở dođónên sẽ là phan tử liên kết giữa nút 1 và nút 2 Xét nút 3 là nút của

mạch vòng thứ ba qua các phần tử , , , trong dd là phần tử chung của

mạch vòng thứ hai và mạch vòng thứ ba Vì vậy phần tử liên kết giữa nút 2 và

Trang 35

20

Hình 3.6: Mạch sơ bộ nút và lưới chuyên đổi mạch từ- điện

Sau khi đã biến đổi, mạch điện sẽ bao gồm các thành phần: sức điện động, điện cảm

tuyến tính và phí tuyến thay thể tương ứng cho các phần tử sức từ động, từ trở

Trang 36

Lạ ft ® ® @|b @ x ® a REIL X N.N.|@ by th Nuch Rf 3L, Tự ® ye Nee | QO by @ ? SỐ r @? 2 © tạ ` ELK

Hình 3.7: Mạch điện sau khi chuyên đổi mạch từ - điện

MBA ly tưởng được thêm vào để cách ly giữa mạch điện - mạch từ và giữa cuộn sơ

cấp - thứ cấp theo tỷ lệ vòng tương ứng Điện trở của cuộn sơ cấp và thứ cấp sẽ được thêm vào hai phía cuộn dây đại diện cho tổn hao thực Các giá trị điện trở sẽ được thêm vào song song với các điện cảm, ngoại trừ điện cảm rò Hình 3.7 thể hiện sơ đồ mạch tương đương của máy biến áp ở tần số thấp (chưa tính tới các giá

trị điện dung) Trong đó: = // , = // là ở kháng phí tuyến tương ứng

Trang 37

22 Ciwi2 x6 Ly cone 1 Ru 1 po Lạ RiỆ ýU: AT BT Re + œ2 CgH2 Nui, Ly NaNi CạL/2 1 —k— 41 R cone L Ry wf ou y Ry 4 cua @® Fam E mia X cst t œ® CoHi2 NuN, y NAN, T E—£— ° To y cow L Ru mw ibe Rụ I coLi2 Le a1 ot sh poe Ree F_AF@ R L CsL cane HN Là œưa

Hình 3.8: Sơ đồ mạch tập trung MBA

Hình 3.8 thể hiện sơ đồ mạch tương đương của MBA ở tần số thấp đấu kiểu

Các giá trị điện dung được thể hiện trong hình 3.8 như sau: Cạn Cot Ciw Cs Cụ, Điện dung

Điện dung giữa cuộn dây sơ cập với đât

được chia thành hai phần giống nhau đặt tại hai đầu cuộn đây

sơ cấp và thứ cấp tương ứng

: Dién dung của cuộn đây thứ cấp với đất

: Dién dung dọc của cuộn dây sơ cap :_ Điện dung dọc của cuộn dây thứ cấp

; Điện dung giữa cuộn dây sơ cấp và thứ cấp (mắc vòng)

3.2.3 Khảo sát đáp ứng tần số trên sơ đồ thông số tập trung

Hình 3.9 so sánh biên độ đáp ứng tần số đo được (measured) và mô phỏng

(simulated) dura trén SĐTT cho một MBA phân phối Kết quả cho thấy mô phỏng

trên SĐTT có độ chính xác kém ở vùng tần số giữa (và cao); do đó, SĐPB nên được

Trang 38

23 ~~~ measured ——~ simulated -20 rẽ scenes a mI 2 AON = Š -80 10° 10° i0” 10° 10° Frequency in Hz

Hình 3.9: Đáp ứng tần số đo lường và mô phỏng dùng SĐTT 3.3 Sơ đồ thay thế thông số phân bố (SĐPB)

3.3.1 Giới thiệu

Sơ đồ thông số tập trung chỉ nên áp dụng khảo sát MBA ở tần số thấp Ở tần số thấp dung kháng có giá trị rất lớn và cảm kháng có giá trị rất bé Khi ở tần số tang cao,

giá tri dung kháng nhỏ dần tương ứng với cảm kháng lớn dần Vì vậy SĐTT không còn phù hợp ở một dải tần số đủ lớn Để phân tích tại dãy tần số này, người ta thường dùng sơ đồ đẳng trị với thông số phân bố rãi (phân bố) gồm các phần tử theo chiều dài cuộn dây Với sơ đồ gồm nhiều nút thì việc dùng SĐPB không dẫn đến sai số lớn Hình 3.10 thể hiện sơ đồ thông số phân bố trên một pha của MBA

hai cuộn dây

Trang 39

24

3.3.2 Cách xây dựng

Sơ đồ thông số phân bố được xây dựng từ các phân tử cơ bản như một vòng dây, một cuộn dây, hay một đĩa tùy theo cách phân tích, điều này phụ thuộc vào độ chính

xác mong muốn, tuy nhiên một phan tir trong SDPB có cấu trúc chung như hình

3.11

Hình 3.11: Cấu trúc một phần tử trong sơ đồ thông số phân bố

Một phần tử rên thể hiện bao gồm cả phần sơ cấp và thứ cấp, dĩ nhiên đã được chia nhỏ tương ứng với các phần tử

Như vậy, có thể thấy rõ các giá trị R, L, C tương ứng cần xác định như sau: R_ : Điện trở của 1 phần tử phân tích

L : Điện cảm tự thân (tự cảm) của 1 thành phần được phân tích

C_ : Điện dung được chia thành 3 thành phần như sau: điện dung 1 phần tử đối với đất (Co), điện dung nối tiếp dọc cuộn đây (Cs) và điện dung mắc

vòng giữa cuộn dây sơ cấp và thứ cAp(C 2)

G_ : Điện dẫn tương ứng với điện dung C

Trang 40

25

Sơ đồ thông số phân bố 1 pha được trình diễn như hình 3.10 cho ta thấy được toàn bộ những thơng số cần tính tốn của 1 phần tử, đó là: Cio, Cao Gio, Gro Cra, Gre Csi, Cs2 Gsị, Gs¿ Li, ly Ri, Ro Mj

: Điện dung so với đất lần lượt của cuộn sơ cấp và thứ cấp

: Điện dẫn so với đất lần lượt của cuộn sơ cấp và thứ cấp

: Điện dung và điện dẫn giữa cuộn sơ cấp và thứ cấp

: Điện dung dọc của cuộn sơ cấp và thứ cấp

: Điện dẫn đọc của cuộn sơ cấp và thứ cấp

: Điện cảm lần lượt của cuộn sơ cấp và thứ cấp :_ Điện trở lần lượt của cuộn sơ cấp và thứ cấp : Hỗ cảm tương hỗ giữa 2 cuộn dây i, j