EB7 HTD chuong 4

121 BIỂU DIỄN CÁC PHẦN TỬ CỦA MẠNG ĐIỆN Chương BIỂU DIỄN CÁC PHẦN TỬ CỦA MẠNG ĐIỆN Một hệ thống ba pha thường biểu diễn sở pha Cách biểu diễn pha, từ dây pha đến trung tính dùng hệ thống đối xứng không đối xứng Các hệ thống không đối xứng khảo sát giáo trình ngắn mạch cách phân tích phần tử mạng điện làm thành phần đối xứng Trong chương khảo sát việc biểu diễn mạng điện tình trạng ba pha cân (đối xứng) 4.1 BIỂU DIỄN MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ Trong hệ thống điện, máy phát điện đồng thay tương đương sức điện động nối tiếp với tổng trở đồng Hình 4.1 Hình 4.1 trình bày máy phát điện đồng có rôto hình trụ (cực ẩn) với cuộn dây kích thích cuộn dây ba pha đặt stato Sức điện động hiệu dụng pha bằng: Epha = k.f φf (4.1) đó: k hệ số phụ thuộc vào số vòng dây hệ số dây quấn dây quấn stato, φf : từ thông kích thích Điện áp pha A, B C biên độ lệch 120 độ pha trễ thời gian để từ thông kích thích φf đến pha A, B C Khi phụ tải cân bằng, dòng điện phụ tải tạo cuộn dây phần ứng ba từ thông mà 122 mật độ đỉnh từ thông tập trung trục từ cuộn dây pha Ba từ thông thuộc loại đập mạch, cách 120 độ điện không gian tạo từ trường quay quay vận tốc chiều với từ trường kích thích rôto, vận tốc gọi vận tốc đồng Từ thông tạo từ trường quay tác động lên rôto máy phát gọi từ thông phản ứng phần ứng φưr Lý thuyết máy điện cho biết φưr trợ từ φf phụ tải có tính dung, khử từ φf phụ tải tính cảm (cả hai trường hợp gọi phản ứng dọc trục) φưr vuông góc với φf phụ tải có hệ số công suất Sức điện động qua khe hở không khí (khi máy phát mang tải) phụ thuộc vào tất từ thông qua khe hở nghóa phụ thuộc vào φf φưr Ngoài có từ thông thứ ba từ thông tản phần ứng φt không móc vòng qua cuộn kích thích rôto Nếu không xét đến bão hòa từ từ thông tỷ lệ với sức từ động sức điện động cảm ứng trễ 90° so với từ thông (theo đònh luật Lenz) Tóm lại quan hệ điện áp – sức từ động trình bày H.4.2: Hình 4.2: a) Đồ thò vectơ máy phát điện đồng rôto cực ẩn b) Mạch tương đương máy phát rôto cực ẩn Các vectơ sức từ động F, A R từ trường kích thích, phản ứng phần ứng qua khe hở không khí biểu diễn cho vò trí tương đối không gian từ trường tương ứng Điện áp đầu cực U máy phát sức điện động qua khe hở không khí trừ cho sụt áp qua cuộn dây phần ứng Ia (ra + jxa) với xa điện kháng tản phần ứng Sức từ động tổng hợp R = F + A vượt trước sức điện động góc 90° Sức từ động phản ứng phần ứng pha với Ia Nếu máy phát tình trạng không tải (Ia = 0) sức từ động F dòng điện kích thích có góc pha 90° vượt trước sức điện động hở mạch E0.Vectơ jIaxa + jIaxưr viết kết hợp lại jIa(xa+ xưr) = jIa XS XS gọi điện kháng đồng Mạch điện tương đương đơn giản máy phát điện gồm điện áp hở mạch (E0) nối tiếp với tổng trở đồng Ra+j XS (H.4.2b) Tất nhiên XS hiệu chỉnh ảnh hưởng bão hòa từ Về lý thuyết, hiệu chỉnh làm tốt biết rõ chế độ tải độ bão hòa thay đổi theo φưr theo Ia Bài ý đònh bao hàm hết phương pháp khảo sát điện kháng bão hòa Đối với máy phát cực từ lồi việc khảo sát có nhiều phức tạp đáng kể, trục dọc trục BIỂU DIỄN CÁC PHẦN TỬ CỦA MẠNG ĐIỆN 123 ngang rôto có từ trở khác (do không đối xứng hình học) sức từ động phản ứng phần ứng Dòng điện phần ứng phân làm hai thành phần: Iq pha với sức điện động E0, Id vuông góc với E0 Đối với thành phần dòng điện Iq có hệ số công suất (đối với sức điện động không tải E0) từ thông phản ứng phần ứng thành phần tạo vuông trục với từ thông kích thích tương ứng với điện kháng vuông trục Xq Tương tự, thành phần dòng điện Id có hệ số công suất sớm trễ từ thông phản ứng phần ứng dọc trục với từ thông kích thích trường hợp tương ứng với điện kháng dọc trục Xd Hình 4.3: (a) Đồ thò vectơ máy phát điện rôto cực lồi; (b) Trường hợp đặc biệt hệ số công suất không; (c) Cách xây dựng đồ thò vectơ ứng với hình (a) Hình 4.3a trình bày đồ thò vectơ máy phát điện đồng cực lồi, xây dựng phương pháp hai điện kháng Xd Xq Phương pháp hai điện kháng rắc rối điện kháng đồng XS trường hợp rôto cực ẩn, đó: Xd = Xq =Xs Tuy vậy, khảo sát ngắn mạch đồ thò vectơ cực lồi thu H.4.3b, lúc Ia trễ 90° U, lý dòng điện ngắn mạch trường hợp tổng quát đường dây hay máy biến áp X>> R làm cho hệ số công suất gần không(ϕ ≅ 90° ) thành phần Iq bỏ qua xem có Id tạo từ thông phản ứng dọc trục khử từ Như máy phát điện cực lồi bò ngắn mạch có sơ đồ tương đương với máy phát điện cực ẩn Xs = Xd Ngoài Xd có giá trò khác tùy theo thời gian độ sau ngắn mạch Đồ thò vectơ H.4.3a vẽ cho máy phát điện cực lồi xây dựng trực tiếp biết Ia, U, ra, Xd,Xq góc δ lại chưa biết nên chưa thể phân tích I a làm hai thành phần Id, Iq Tuy vậy, đồ thò véc tơ vẽ theo bước sau (H.4.3c): Vẽ U ∠0° Ia ∠–ϕ; Vẽ Ia Vẽ j I aXd: đoạn AB ⊥ Ia (ở bỏ qua điện trở ra); Đònh điểm P AB với AP = Ia ⋅ Xq; 124 CHƯƠNG 4 Đường OP giá véc tơ E0; Hạ đường thẳng góc từ B xuống OP để đònh điểm E0 Góc δ có ý nghóa vật lý góc lệch pha điện áp đầu cực U điện áp hở mạch E0 (không tải) đồ thò véctơ mà góc (gần đúng) trục rôto với trục từ từ trường quay đồng với rôto Góc δ khảo sát chi tiết giáo trình ổn đònh hệ thống điện 4.2 THANH CÁI VÔ HẠN Trường hợp thường gặp máy phát điện đồng ba pha ghép song song qua điện kháng tương đương Xht mạng điện đến cáí hệ thống lớn có công suất vô hạn Hệ thống vô hạn có khả phát thu công suất cách vô hạn trình bày vô hạn tần số điện áp xem không đổi Sơ đồ tương đương hệ thống biểu diễn sau (H.4.4) Hình 4.4: (a) Mạch tương đương máy phát nối đến vô hạn (b) Sơ đồ sợi hình (a) Điện trở máy phát điện mạng điện bỏ qua lý đơn giản mạch điện, điều tùy thuộc vào tỷ số X/R tùy thuộc vào loại toán Nếu tính toán phân bố công suất mạng điện phải kể thêm điện trở, tính ngắn mạch cho phép bỏ qua điện trở R Tổng trở Xht giửa Ut U gồm đường dây máy biến áp nối vô hạn đầu cực máy phát điện Lý thuyết máy điện chứng minh (đối với máy phát cực ẩn) phương trình công suất thực truyền từ máy phát điện đến vô lớn là: p= | E|⋅| U | sinδ X S + X ht (4.2) 4.3 BIỂU DIỄN MÁY BIẾN ÁP 4.3.1 Sơ đồ thay máy biến áp hai dây quấn Người kỹ sư hệ thống cần làm quen với số mạch tương đương máy biến áp Trong mục trình bày ngắn gọn mạch tương đương Loại máy biến áp thông dụng máy biến áp hai dây quấn pha ba pha, tất biểu diễn sở pha Sau hai mạch tương đương máy biến áp 125 BIỂU DIỄN CÁC PHẦN TỬ CỦA MẠNG ĐIỆN Hình 4.5: (a) Mạch tương đương xác máy biến áp hai dây quấn (b) Mạch tương đương gần Ih + e : dòng điện biểu diễn cho từ trễ dòng điện xoáy, Iφ : dòng điện từ hóa lõi sắt, Io : dòng điện không tải U1 : điện áp phía sơ cấp U'2 : điện áp thứ cấp qui sơ cấp Hình 4.5a mạch tương đương xác với tổng trở thứ cấp qui sơ cấp Tổng trở biểu kiến cuộn dây thứ cấp qui phía sơ cấp Z'2 = Z2 x (N1/N2)2, với N1, N2 số vòng cuộn sơ thứ cấp Hình 4.5b mạch tương đương gần với nhánh từ hóa tập trung bên trái sơ đồ Sự gần dựa kiện dòng không tải I0 nhỏ so với dòng điện phụ tải di chuyển bên trái nhánh ảnh hưởng đến sụt áp IZB nhánh nối tiếp Nhánh nối tiếp tập trung chung laïi H.4.5b (4.3) ZB = Z1 + (N1/N2)2 ⋅ Z2 =Z1 + Z'2 Vì tổn thất công suất tác dụng công suất phản kháng lõi sắt máy biến áp gần không đổi, điện áp thay đổi quanh trò số đònh mức mức độ bão hòa có ảnh hưởng, vẽ sơ đồ thay nhánh từ hóa biểu diễn tổn thất công suất lõi sắt sau (H.4.6): Hình 4.6 Còn có mạch gần khác máy biến áp nhánh từ hóa mang dòng điện nhỏ nên bỏ qua nhánh từ hóa mạch tương đương gần đặc biệt máy biến áp mạng phân phối (H.4.7a) Với máy biến áp điện lực công suất lớn XB >> RB nên mạch gần loại bỏ RB máy biến áp biểu diễn điện kháng XB, mạch tương đương áp dụng khảo sát ngắn mạch (H.4.7b) 126 CHƯƠNG Hình 4.7: Sơ đồ thay gần máy biến áp Trong khảo sát phân bố công suất điều chỉnh điện áp máy biến áp cần biểu diễn thích hợp Máy biến áp biểu diễn đơn vò tương đối đònh mức hệ thống (xem phần nói đơn vò tương đối) Mặt khác, máy biến áp vận hành lại chỉnh đònh đầu phân áp khác với đònh mức nhu cầu điều chỉnh điện áp Trong trường hợp việc chỉnh đầu phân áp tăng hay giảm có ảnh hưởng đến điện kháng máy biến áp Nhắc lại mô hình máy biến áp biểu diễn nhánh tổng trở nối tiếp đơn giản, để xét ảnh hưởng đầu phân áp mô hình đưa có dạng hình Π Xét máy biến áp chỉnh đầu phân áp khác với đònh mức, hệ đơn vò tương đối tỷ số biến áp coi 1:1 tỷ số với tỷ số điện áp đònh mức hệ thống đơn vò tương đối Mặt khác để đến sơ đồ tương đương, máy biến áp xem gồm hai mạng hai cửa ghép nối tiếp (H.4.8) Hình 4.8: Sơ đồ máy biến áp gồm hai mạng hai cửa mắc nối tiếp Phương trình nút mạng hai cửa nút nút là: ⎡ I1 ⎤ ⎡ Y − Y ⎤ ⎥⋅ ⎢I ⎥ = ⎢ ⎣ ⎦ ⎢⎣ − Y Y ⎦⎥ ⎡ U1 ⎤ ⎢U ⎥ ⎣ 2⎦ (4.4) với Y = / ZB , ZB = R B + jX B Mạng hai cửa thứ hai bên phải hình vẽ máy biến áp lý tưởng Trong hệ đơn vò tương đối, tỷ số máy biến áp tỷ số hai đại lượng đơn vò tương đối, điện áp danh đònh ghi nhản máy tính theo % điện áp đònh mức hệ thống Tỷ số máy biến áp lý tưởng cho bởi: t= %U nhãn máy %U nhãn máy (4.5) 127 BIỂU DIỄN CÁC PHẦN TỬ CỦA MẠNG ĐIỆN Ví dụ: %U nhãn máy = điện áp danh đònh nhãn máy phía thứ cấp điện áp đònh mức hệ thống phía thứ cấp Điện áp dòng điện mạng hai cửa bên trái biểu diễn theo điện áp dòng hai đầu sau: ⎡ U1 ⎤ ⎢ ⎥ ⎣ U2 ⎦ ⎡1 0⎤ ⎡ U1 ⎤ =⎢ ⎥⋅⎢ ⎥ ⎣0 t ⎦ ⎣ U3 ⎦ vaø: ⎡ I1 ⎤ ⎡1 0⎤ ⎡ I1 ⎤ ⎢ ⎥ = ⎢0 t ⎥ ⋅ ⎢ ⎥ ⎣ I3 ⎦ ⎣ ⎦ ⎣ I2 ⎦ từ đó: ⎡ I1 ⎤ ⎡1 0⎤ ⎡ Y − Y ⎤ ⎥⋅ ⎢ ⎥ = ⎢0 t ⎥ ⋅ ⎢ ⎣ I3 ⎦ ⎣ ⎦ ⎢⎣ − Y Y ⎦⎥ (4.6) (4.7) ⎡1 0⎤ ⎡ U1 ⎤ ⎢0 t ⎥ ⋅ ⎢ ⎥ ⎣ ⎦ ⎣ U3 ⎦ ⎡ I1 ⎤ ⎡1 0⎤ ⎡ Y − Yt ⎤ ⎡ U1 ⎤ ⎥⋅ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ = ⎢0 t ⎥ ⋅ ⎢ ⎣ I3 ⎦ ⎣ ⎦ ⎢⎣ − Y Yt ⎦⎥ ⎣ U ⎦ ⎡ Y − Yt ⎤ ⎡ U ⎤ ⎥⋅ =⎢ ⎢ − Yt Yt2 ⎥ ⎢⎣ U ⎥⎦ ⎣ ⎦ (4.8) (4.9) Nhắc lại theo sở lý thuyết mạch, ma trận tổng dẫn phương trình có phần tử đường chéo Y Yt tổng tổng dẫn có nối đến nút 3, phần tử đường chéo tương ứng với tổng dẫn nút đổi dấu Các giá trò sơ đồ Π tính nhö sau: Y = y10 + y13 Yt = y 30 + y13 đó: y13 = Yt (quan sát ma trận) Suy ra: y10 = Y − Yt = Y (1 − t) (4.10) y 30 = Yt − Yt (4.11) y 30 = Yt(t − 1) Mạch Π tương đương máy biến áp có tỷ số vòng khác với đònh mức có dạng H.4.9 Hình 4.9 128 CHƯƠNG Ví dụ 4.1: Điện áp phía sơ cấp giảm 5% so với đònh mức, muốn cho điện áp phía thứ cấp giữ ỡ đònh mức dùng đầu phân áp –5% (giảm số vòng phía sơ cấp đầu phân áp phía sơ cấp) muốn tăng điện áp phía thứ cấp thêm 5% dùng đầu phân áp +5% (tăng số vòng phía thứ cấp đầu phân áp phía thứ cấp) Thường đầu phân áp đặt phía cuộn dây cao áp có dòng điện bé mục đích việc chọn đầu phân áp nhằm đảm bảo số vòng/volt cuộn dây máy biến áp gần không thay đổi U % = 95% U % = 100% U % = 100% U % = 105% t = U % / U % = 95% / 100% = 0, 95 t = U % / U % = 100% / 105% = 0, 9523 Hình 4.10 Ghi Trong sơ đồ tương đương hai mạng hai cửa nối tiếp ghép nối tiếp máy biến áp lý tưởng có tỷ số t:1 có xét đến đầu phân áp máy biến áp trước mạng hai cửa chứa tổng dẫn máy biến áp (H.4.11.) Hình 4.11 Mạch tương đương hình Π máy biến áp có tỷ số vòng khác với đònh mức có dạng H.4.12 (tự chứng minh) Hình 4.12 129 BIỂU DIỄN CÁC PHẦN TỬ CỦA MẠNG ĐIỆN Để ý có hoán vò hai nhánh rẽ mạch Π tùy theo thứ tự nối tiếp hai mạch hai cửa hai sơ đồ chấp nhận 4.3.2 Cách tính tham số máy biến áp hai dây quấn Sau trình bày cách tính RB, XB, GB BB máy biến áp hai dây quấn Thông thường với máy biến áp nhà chế tạo cung cấp bốn tham số sau: - ΔPcm: tổn thất công suất đồng máy biến áp mang tải đònh mức, ΔPCu,đm ΔPN làm thí nghiệm ngắn mạch, tức dòng ngắn mạch IN = Iđm - UN%: phần trăm điện áp ngắn mạch so với điện áp đònh mức: UN % = UN U đm (4.12) ⋅ 100% - ikt%:phần trăm dòng điện không tải I0 so với dòng điện đònh mức: ikt % = I0 100% Iđm (4.13) - ΔPFe tổn thất công suất tác dụng lõi thép tổn hao không tải ΔP0 ΔPFe = ΔP0 (4.14) Để tính RB, XB, GB, BB, lý thuyết máy điện đưa công thức sau: RB = với: ΔPcu (kW) XB = GB = BB = U N %.U ñm Sñm ΔPCu ,ñm Uñm Sđm m (kV) × 103 Ω Sđm (kVA) (4.15) (4.16) ⋅ 10 Ω ΔPFe 10−3 Ω với ΔPFe (kW) ΔQFe ⋅ 10−3 Ω với ΔQFe = m U ñm ikt % ⋅ Sñm kVAr 100 (4.17) (4.18) Ngoài tổn thất công suất kháng đònh mức cuộn dây máy biến áp cho bởi: ΔQCm = UN % Sđm kVAr với Sđm (kVA) 100 Đối với máy biến áp công suất nhỏ, điện trở RB lớn, nên tổng trở ZB tính theo (4.16) X B = Z2B − R 2B Tổn hao đồng ΔPCu ΔQCu máy biến áp mang tải khác đònh mức tỷ lệ với bình phương công suất (S2) tải qua máy tổn thất công suất lõi sắt ΔPFe ΔQFe coi không đổi Các giá trò tính theo công thức tính đổi phía có điện áp m kV Đối với máy biến áp ba pha hai dây quấn m điện áp dây, Sđm công suất pha Ví dụ 4.2: Một trạm biến áp có đặt máy biến áp ba pha hai dây quấn, điện áp 35/6,6 kV công suất đònh mức 7500 kVA Tham số máy biến áp sau: ΔPCm = 75 kW, ΔPFe = 24 kW, UN% = 7,5%, ikt % = 3,5% Tính điện trở, cảm kháng, điện dẫn tác dụng điện dẫn phản kháng qui phía cao áp, tổn thất công suất kháng đònh mức, tổn thất công suất kháng 130 CHƯƠNG lõi sắt máy biến áp dây quấn máy biến áp Giải RB = XB = GB = BB = ΔPCu ⋅ U ñm Sñm 103 = 75.352 75002 103 = 1, 63 Ω U N % ⋅ U ñm 7, ⋅ 352 10 = 10 = 12, 25 Ω Sñm 7500 ΔPFe Uñm ΔQFe U ñm ΔQCuñm = ΔQFe = 10−3 = 10−3 = 24 35 Ω 10−3 = 0, 0196 ⋅ 10−3 ikt % ⋅ Sñm 100 ⋅ U ñm 10−3 = 3, ⋅ 7500 100 ⋅ 35 10−3 = 0, 214 Ω UN % 7, 7500 = 562,5 kVAr Sñm = 100 100 ikt % 3, Sñm = 7500 = 262, kVAr 100 100 4.3.3 Tính tham số máy biến áp ba dây quấn Máy biến áp ba dây quấn máy pha có hai cuộn thứ cấp máy biến áp ba dây quấn ba pha Hình 4.13 sơ đồ máy biến áp ba pha ba dây quấn, hai cuộn thứ cấp mang tải máy biến áp ba pha có hai cuộn mắc Y–Y với cuộn dây thứ ba mắc Δ để khử họa tần Mạch tương đương máy biến áp ba dây quấn trình bày H.4.13b Hình 4.13: Mạch tương đương pha hình máy biến áp ba dây quấn Có ba thí nghiệm ngắên mạch dùng để xác đònh Z1, Z2, Z3, ba thí nghiệm tiến hành tương tự, thí nghiệm cho cuộn hở mạch, cuộn ngắn mạch đưa điện áp nhỏ vào cuộn lại cho dòng điện chạy cuộn ngắn mạch dòng điện đònh mức Điện áp gọi điện áp ngắn mạch UN% Trong máy biến áp ba dây quấn, người chế tạo cho phần trăm 135 BIỂU DIỄN CÁC PHẦN TỬ CỦA MẠNG ĐIỆN U N (C) % = U N(T) % = U N(H) % = U (C − T ) % + U (C − H ) % − U ( T − H ) % U (C − T ) % + U ( T − H ) % − U (C − H ) % U (C − H ) % + U ( T − H ) % − U (C − T ) % Điện kháng cuộn cao áp: X (C) = = + 28 − 18 = 9% = + 18 − 28 = −1% ≈ 0% = 28 + 18 − = 19% 2 U N (C) % ⋅ U C Sñm ⋅ 10 = 9.2202 10 = 72, Ω 60000 ⋅ 10 = 19 ⋅ 2202 10 = 153, Ω 60000 Điện kháng cuộn trung áp: X(T) = Ω Điện kháng cuộn hạ áp: X (H) = U N(H) % ⋅ U C2 Sđm 4.4 SƠ ĐỒ MỘT SI (ĐƠN TUYẾN) Sơ đồ tổng trở pha biểu diễn hệ thống điện theo đơn vò có tên theo đơn vò tương đối Tuy vậy, toán hệ thống ba pha cân thường giải mạch pha gồm ba dây dẫn đường trung tính xem đường trở về, sơ đồ đơn giản cách bỏ đường trung tính đònh phần tử hệ thống ký hiệu thay mạch tương đương chúng Một sơ đồ gọi sơ đồ sợi hay sơ đồ đơn tuyến hệ thống điện Nó có đường kẻ đơn nối liền ký hiệu tiêu chuẩn đường dây với thiết bò có liên quan hệ thống điện Mục đích sơ đồ đơn tuyến để cung cấp hình thức rõ ràng thông tin có ý nghóa hệ thống Tầm quan trọng đặc trưng khác hệ thống thay đổi theo vấn đề khảo sát lượng thông tin đưa vào tùy theo mục đích khảo sát Chẳng hạn vò trí máy cắt rơle không quan trọng khảo sát phân bố công suất máy cắt rơle không trình bày việc khảo sát ổn đònh hệ thống tình trạng độ cố gây tùy thuộc vào tốc độ cắt máy cắt thời gian tác động rơle nhằm cô lập cố khỏi hệ thống phải thể vò trí máy cắt Trong trường hợp liệu máy cắt quan trọng, sơ đồ đơn tuyến bao gồm kiện máy biến dòng máy biến điện áp mạch rơle hay đo lường Sau sơ đồ sợi điển hình (H.4.15): Hình 4.15: Sơ đồ sợi (đơn tuyến) Sơ đồ cho thấy máy phát điện G1 G3 nối đất qua cuộn kháng, G2 nối đất qua điện trở Hai máy phát G1 G2 nối đến cái, qua máy biến áp tăng B1 đến đường dây truyền tải L Đầu cuối đường dây nối với máy biến áp giảm B2, máy phát G3 nối vào 136 CHƯƠNG điện áp thấp máy biến áp Các phụ tải lấy điện từ Trên sơ đồ ghi liệu phụ tải, thông số đònh mức máy phát, máy biến áp, tổng trở phần tử mạng điện Các kiện cần thiết để khảo sát tình trạng xác lập độ hệ thống - Biểu diễn đường dây (xem chương 3) 4.5 BIỂU DIỄN CÁC PHẦN TỬ CỦA MẠNG ĐIỆN TRONG HỆ ĐƠN VỊ CÓ TÊN Trong mục trước trình bày cách biểu diễn riêng phần tử, phần tử nầy nối với thành sơ đồ chung nối kết mạch tương đương thiết bò Mỗi nhánh sơ đồ cho đơn vò có tên (Ω hay 1/Ω) tổng trở hay tổng dẫn nhánh Hình 4.16 trình bày sơ đồ tổng trở mạng điện H.4.15 theo thứ tự gồm máy phát điện G1, G2 , máy biến áp tăng B1, đường truyền tải điện, máy biến áp giảm B2, hai phụ tải thụ động A, B máy phát điện G3 phía thứ cấp B2 Hình 4.16: Sơ đồ tổng trở tương ứng với sơ đồ sợi H.4.15 Số liệu phần tử: G1: 20000 kVA; 6,6 kV; X'' = 0,655 Ω G2: 10000 kVA; 6,6 kV; X’’ = 1,31 Ω G3: 30000 kVA; 3,81 kV; X'' = 0,1452 Ω B1, B2: moãi pha 10000 kVA; 3,81/38,1 kV moãi pha; X = 14,52 Ω qui cao áp Đường dây X =17,4Ω; 66 kV Phụ tải A: 15000 kW; 6,6 kV; hệ số công suất 0,9 trễ Phụ tải B: 30000 kW; 3,81 kV; hệ số công suất 0,9 trễ Mạch tương đương đường dây truyền tải biểu diễn tương đối xác mạch π với điện trở cảm kháng nối tiếp hai nhánh rẽ đến trung tính biểu diễn cho điện dung tập trung hai đầu đường dây Tương tự, máy biến áp biểu diễn điện trở, điện kháng tản nhánh từ hóa Máy phát thay sức điện động nối tiếp với điện trở điện kháng đồng Nếu cần khảo sát phụ tải, cách đơn giản phụ tải thay tổng trở thụ động Sơ đồ tổng trở không bao gồm tổng trở nối đất trung tính máy phát tình trạng cân dòng điện qua trung tính trung tính máy phát có điện với đất Vì dòng điện từ hóa máy biến áp thường không đáng kể so với dòng tải nên nhánh tổng dẫn máy biến áp thường loại bỏ mạch tương đương máy biến áp thay nhánh tổng dẫn máy biến áp tổn thất sắt ΔPFe + jΔQFe BIỂU DIỄN CÁC PHẦN TỬ CỦA MẠNG ĐIỆN 137 H.4.6 Như nói, điện trở thường loại bỏ tính toán ngắn mạch mạng cao áp Dó nhiên việc bỏ qua điện trở thường gây sai số kết tính toán chấp nhận điện kháng hệ thống thường lớn nhiều so với điện trở Phụ tải không bao gồm máy điện quay ảnh hưởng đến dòng điện tổng đường dây lúc cố thường loại bỏ Phụ tải động đồng phải xét đến tính toán ngắn mạch sức điện động động góp phần vào dòng điện ngắn mạch Sơ đồ kể thêm động không đồng sức điện động nối tiếp với điện kháng siêu độ dùng để tính dòng điện sau ngắn mạch Tuy vậy, động không đồng bỏ qua tính dòng điện vài chu kỳ sau ngắn mạch dòng điện góp phần động cảm ứng tắt dần nhanh Để đơn giản tính toán dòng ngắn mạch, cho phép bỏ qua phụ tải tónh, điện trở dòng từ hóa máy biến áp, điện dung đường dây có sơ đồ tổng trở thu sơ đồ điện kháng với số liệu cho H.4.17 Hình 4.17: Sơ đồ điện kháng - điện kháng đơn vò Ω qui phía cao áp máy biến áp (các trò số dấu ngoặc đơn vò tương đối 30 MVA, 66 kV) Các sơ đồ tổng trở điện kháng đề cập gọi sơ đồ thứ tự thuận chúng đưa tổng trở ứng với dòng điện cân hệ thống ba pha cân Ý nghóa sơ đồ thứ tự nói rõ khảo sát ngắn mạch Khi máy biến áp biểu diễn mạch tương đương nó, tổng trở máy biến áp qui đổi phía máy biến áp sơ thứ cấp mà từ phía mạch tương đương thành lập Các tổng trở biểu diễn sơ đồ tính ohm qui đổi phía cao áp máy biến áp Vì đường dây truyền tải phần cao áp mạng điện nên tổng trở đường dây mạch tương đương tổng trở thực tế không cần thiết phải tính toán qui đổi điện kháng tản máy biến áp phải tính toán qui đổi phía cao áp Theo lý thuyết máy biến áp, tổng trở phía thứ cấp máy biến áp qui đổi phía sơ cấp cách nhân tổng trở cho bình phương tỷ số vòng sơ cấp với vòng cuộn thứ cấp (N1/ N2)2 Các máy phát hình vẽ phía điện áp thấp máy biến áp điện kháng chúng phải qui đổi phía cao áp máy biến áp Máy phát G1 nối với mạch điện áp cao qua máy biến áp Y–Y có tỷ số vòng 10:1, điện kháng qui đổi phía điện áp cao 0,655 ⋅ 102 = 65,5 Ω Tương tự, điện kháng máy phát G2 qui phía 66 kV 1,31 102 = 131 Ω Trường hợp máy phát G3 nối với đường dây truyền tải qua máy biến áp Δ–Y không hiển nhiên Có thể hiểu máy biến áp Δ –Y thay máy biến áp Y–Y cóù tỷ số biến đổi điện áp dây Nếu máy biến áp Δ –Y có tỷ số vòng 10 : 138 CHƯƠNG cuộn dây phía cao áp hạ áp tỷ số điện áp dây 17,32 : Do đó, tỷ số vòng cuộn cao cuôn hạ máy biến áp Y–Y có tỷ số biến áp tính theo điện áp dây máy biến áp Δ–Y phải 17,32 : Mạch tương đương máy phát G2 nhìn từ phía cao áp qua máy biến áp Y–Y tương đương, điện kháng máy phát phải qui đổi phía cao áp cách nhân điện kháng với bình phương tỷ số biến áp tính theo điện áp pha đến trung tính máy Y–Y tương đương Tỷ số điện áp dây với tỷ số điện áp pha hai phía máy biến áp Y–Y Do đó, thừa sốù nhân phải bình phương tỷ số điện áp dây bình phương tỷ số vòng Điện kháng máy phát qui phía cao áp là: (17,32)2 × 0,1452 = 43,56 Ω Tóm lại, bất chấp cách đấu dây máy biến áp Y–Y hay Δ–Y, phía sơ cấp điện áp dây đònh mức m1 phía thứ cấp có điện áp dây đònh mức m2, tổng trở Z phía sơ cấp qui đổi phía thứ cấp thành tổng trở Z' cho bởi: ⎛U ⎞ Z ' = Z ⎜ ñm2 ⎟ ⎝ U ñm1 ⎠ (4.48) Tương tự, sức điện động (hay điện áp phía sơ cấp qui phía thứ cấp): ⎛ U đm2 ⎞ ⎟ ⎝ U ñm1 ⎠ E’ = E ⎜ (4.49) dòng điện qui phía thứ cấp: ⎛ U ñm1 ⎞ ⎟ ⎝ U ñm2 ⎠ I’ = I ⎜ (4.50) 4.6 BIỂU DIỄN CÁC PHẦN TỬ CỦA MẠNG ĐIỆN TRONG HỆ ĐƠN VỊ TƯƠNG ĐỐI 4.6.1 Các đại lượng đơn vò tương đối Điện áp, dòng điện, công suất tổng trở mạch điện thường biểu diễn theo phần trăm hay theo đơn vò tương đối đại lượng lấy làm hay làm chuẩn Ví dụ, chọn điện áp 120 kV giá trò điện áp 108 kV, 120 kV 126 kV 0,90, 1,0 1,05 đơn vò tương đối hay 90%, 100% 105% tính theo % điện áp Cả hai phương pháp đơn vò tương đối hay phần trăm cho phép tính toán đơn giản đơn vò có tên ampe, volt, ohm … Phương pháp đơn vò tương đối có thuận lợi phương pháp phần trăm tích số hai đại lượng đơn vò tương đối đại lượng tương đối tích số hai đại lượng phần trăm phải chia cho 100 để có kết theo phần trăm Điện áp, dòng điện, công suất tổng trở liên hệ với sau cho việc chọn hai trò số số đại lượng cho phép xác đònh hai trò số lại Chẳng hạn chọn trò số dòng điện điện áp trò số công suất tổng trở xác đònh Gọi Ucb, Icb,Scb, Zcb điện áp, dòng điện, công suất tổng trở Tổng trở tổng trở mà sụt áp qua điện áp dòng điện qua tổng trở dòng điện Công suất hệ thống pha tích số điện áp dòng điện Thường công suất Scb điện áp Ucb đại lượng chọn trước đểâ xác đònh đại lượng khác 139 BIỂU DIỄN CÁC PHẦN TỬ CỦA MẠNG ĐIỆN Đối với hệ thống pha: S cb = Pcb = Qcb = Ucb Icb S Icb = cb U cb với Scb (MVA); (4.51) (4.52) Zcb = Xcb = Rcb = U cb U cb = Icb Scb (4.53) Ycb = Bcb = Gcb = Icb S = cb U cb U 2cb (4.54) Ucb (kV); Icb (kA); Zcb (Ω) Đối với hệ thống ba pha, điện áp điện áp dây công suất công suất ba pha Scb = Pcb = Qcb = Icb = UcbIcb Scb (4.56) 3U cb U cb Zcb = Xcb = Rcb = 3Icb = U 2cb Scb 3Icb Scb = = Zcb U cb U cb Ycb = Bcb = Gcb = với Scb (MVA); (4.55) (4.57) (4.58) Ucb (kV) Khi có giá trò giá trò tương đối tính toán sau: U* = vtđ = I* = Iđvtđ = Mặt khác: S* = Chú ý: U thực U cb Ithực Icb (4.59) (4.60) Z* = Zđvtđ = Zthực S = Z thực ⋅ cb Zcb U 2cb (4.61) S* = Sđvtđ = Sthực Scb (4.62) = U* I* (4.63) 3U thực Ithực 3U cb Icb ⋅ U* ⋅ I* , công thức S* = U* ⋅ I* cho trường hợp công suất pha ba pha đvtđ Bây tính đổi trò số điện kháng đơn vò có tên (ohm) sơ đồ H.4.17 thành đơn vò tương đối choïn Scb = 30.000 kVA, Ucb = 66 kV, suy ra: Zcb = U 2cb 662 = = 145, Ω Scb 30 chia trò số điện kháng cho Zcb để có sơ đồ hệ đơn vò tương đối Các trò số điện kháng đvtđ ghi dấu ngoặc H.4.17 4.6.2 Đổi Thường tổng trở tương đối phần tử mạng điện biểu diễn theo đơn vò tương 140 CHƯƠNG đối (hay phần trăm) công suất đònh mức điện áp đònh mức phần tử Các lượng khác với lượng chọn phần hệ thống mà phần tử đặt Vì tất tổng trở phần hệ thống phải biểu diễn theo tổng trở tính toán, cần phải có cách đổi tổng trở đơn vò tương đối từ sang khác Trước hết, biểu diễn tổng trở đơn vò tương đối từ giá trò thực tế đại lượng bản: Nếu chọn Scb1 Ucb1: Z1dvtd = Zthực × Nếu chọn Scb2 Ucb2: Z2dvtd = Zthực x Scb1 U 2cb1 Scb2 U 2cb2 Từ đổi từ (Scb1,Ucb1) sang (Scb2, Ucb2) thì: Z2,dvtd = Z1,dvtd Tương tự tính cho dòng điện : Scb2 ⎛ U cb1 ⎜ Scb1 ⎜⎝ U cb2 I1,ñvtñ = I2,ñvtñ = ⎞ ⎟ ⎟ ⎠ (4.64) Ithực = Icb1 Ithực Scb1 Ithực = Icb2 Ithực Scb2 3U cb1 3U cb2 Suy ra: I2,đvtđ = I1,đvtđ Cuối cùng: S1đvtđ = Sthực Scb1 S2đvtd = Sthực Scb2 Scb1 U cb2 ⋅ Scb2 U cb1 Suy ra: S2đvtđ = S1đvtđ ⋅ Tương tự: U2dvtd = U1dvtd ⋅ Scb1 Scb2 U cb1 U cb2 (4.65) (4.66) (4.67) 4.6.3 Lựa chọn trò số cho đại lượng đơn vò tương đối Việc chọn trò số công suất Scb điện áp Ucb đòi hỏi phải giảm khối lượng tính toán nhiều tốt Trước hết, chọn phần mạch điện Kế đó, phần khác mạch ngăn cách với phần ban đầu qua máy biến áp xác đònh Cơ chọn cho trò số điện áp (hoặc dòng điện) đơn vò tương đối gần với đơn vò (gần số 1) nhằm đơn giản công việc tính toán Sẽ tiết kiệm thời gian chọn cho có đại lượng đơn vò tương đối biết cần phải tính đổi sang 141 BIỂU DIỄN CÁC PHẦN TỬ CỦA MẠNG ĐIỆN Khi điện trở hay điện kháng thiết bò cho nhà chế tạo đơn vò tương đối hay theo phần trăm, hiểu công suất đònh mức điện áp đònh mức thiết bò Các trò số ohm điện trở điện kháng tản máy biến áp tùy thuộc vào chúng qui phía cao áp hay hạ áp máy biến áp Nếu chúng biểu diễn hệ đơn vò tương đối tra từ sổ tay máy biến áp công suất Scb hiểu công suất đònh mức Sđm máy điện áp Ucb hiểu điện áp đònh mức cuộn dây phía hạ áp điện trở điện kháng qui đổi phía hạ áp ngược lại Ucb hiểu điện áp đònh mức cuộn dây cao áp chúng tính phía cao áp Nhưng tổng trở đơn vò tương đối cho dù chúng tính phía Thực vậy, gọi: Z2: tổng trở qui phía cao máy biến áp; Z1: tổng trở qui phía hạ máy biến áp; m2: điện áp đònh mức phía cao; m1: điện áp đònh mức phía hạ; Sđm: công suất đònh mức máy biến áp Biết rằng: ⎛U ⎞ Z1 = Z2 ⋅ ⎜ 1dm ⎟ ⎝ U 2dm ⎠ Suy ra: Zcb = U 2cb Scb Z1,dvtd = Z1 U1dm Sdm U ⎞ Z2 ⎛⎜ 1dm U 2dm ⎟⎠ Z ⎝ = = 2 = Z2,dvtd U1dm U 2dm Sdm Sdm (4.68) Sẽ có nhiều thuận lợi thực đơn vò tương đối có chọn lựa thích hợp cho mạch điện nối với qua máy biến áp Để đạt thuận lợi hệ thống điện pha, điện áp mạch điện nối qua máy biến áp phải có tỷ số với tỷ số vòng cuộn dây Với cách chọn điện áp với công suất bản, trò số đơn vò tương đối bất chấp qui đổi phía máy biến áp Lưu ý công suất Scb chọn chung cho toàn hệ thống Ví dụï 4.4: Ba phần hệ thống điện pha A, B C nối kết qua máy biến áp trình bày H.4.18 Các máy biến áp có đònh mức sau: A–B: 10000 kVA 13,8/138 kV, điện kháng tản 10% B–C: 10000 kVA 138/69 kV, điện kháng tản 8% Nếu mạch B chọn 10000 kVA = 10 MVA 138 kV, tính tổng trở đơn vò tương đối phụ tải điện trở 300 Ω mạch C qui đổi mạch C, B A Vẽ sơ đồ tổng trở bỏ qua dòng điện từ hóa, điện trở máy biến áp tổng trở đường dây Xác đònh độ sụt áp điện áp tải 66 kV giả thiết điện áp đầu vào mạch A giữ không đổi Hình 4.18 142 CHƯƠNG Giải Chọn điện áp cho mạch A: 0,1 × 138 = 13,8 kV Điện áp cho mạch C: 0,5 × 138 = 69 kV Tổng trở mạch C: 692 = 476 Ω 10 Tổng trở tải đơn vò tương đối: R = 300 = 0,63 đvtđ 476 Vì chọn điện áp phần khác hệ thống xác đònh theo tỷ số vòng máy biến áp nên tổng trở phụ tải tính đơn vò tương đối qui phần hệ thống Điều chứng minh sau: Tổng trở mạch B: 1382 = 1900 Ω 10 Tổng trở tải qui phía mạch B: 300 ⋅ 22 = 1200 Ω Tổng trở tải đơn vò tương đối qui mạch B: 1200 = 0,63 đvtđ 1900 Tổng trở tải qui mạch A: 300 22 ⋅ 0,12 = 12 Ω Tổng trở mạch A: 13, 82 = 19 Ω 10 Tổng trở tải đơn vò tương đối qui mạch A: 12 = 0,63 đvtđ 19 Hình 4.19: Sơ đồ tổng trở đơn vò tương đối Tính toán sụt áp tiến hành sau: Điện áp phụ tải: Dòng điện tải: 66 = 0,957 + j0 ñvtñ 69 0, 957 + j0 = 1,52 + j0 ñvtñ 0, 63 + j0 Điện áp đầu vào: (1,52 + j0).(j0,1 + j0,08) + 0,957 = 0,957 + j0,274 = 0,995 ∠15, 98o đvtđ Điện áp đầu vào = điện áp tải lúc không tải Do đó, độ sụt áp: 0, 995 − 0, 957 100% = 3,97% 0, 957 Nếu nguyên tắc áp dụng cho mạch điện ba pha điện áp hai phía máy biến áp phải có tỷ số với tỷ số điện áp dây hai phía máy biến áp Như điện áp có tỷ số với điện áp pha đònh mức hai phía máy biến áp có tỷ số với tỷ số vòng dây máy biến áp thuộc loại Y–Y Chẳng hạn, hệ thống H.4.15 H.4.16, với 66 kV 30000 kVA = 30 MVA đường dây đòi hỏi 6,6 143 BIỂU DIỄN CÁC PHẦN TỬ CỦA MẠNG ĐIỆN kV mạch máy phát G1, G2 3,81 kV, 30000 kVA mạch máy phát G3 Điện kháng đơn vò tương đối máy phát G3: 0, 1452 ⋅ 30 3, 812 = 0, đvtđ Điện kháng có tên qui đổi phía cao áp 43,56 Ω đơn vò tương đối 66 kV, 30000 kVA điện kháng máy G3 cho bởi: 43, 56 ⋅ 30 662 = 0, 30 đvtđ (kết không thay đổi) Theo cách tương tự, thấy điện kháng đơn vò tương đối máy phát G1và G2 0,45 0,90 dầu tính theo 6,6 kV phần mạch điện G1 G2 hay qui đổi phía 66 kV tính 66 kV Như giống hệ thống pha, nguyên tắc chọn phần khác hệ thống ba pha cho phép kết hợp sơ đồ tổng trở đơn vò tương đối tính toán phần khác hệ thống bất chấp máy biến áp đấu Y–Y hay Δ–Y Dó nhiên, nguyên tắc áp dụng máy biến áp đấu Δ–Δ biến đổi điện áp giống máy Y–Y có điện áp dây đònh mức Nếu điện trở điện kháng tản máy biến áp mạch điện ba pha cho đơn vò tương đối trò số tương đối dùng sơ đồ tổng trở bất chấp cách đấu dây ba pha (Y–Y, Δ–Δ, hay Δ–Y) Ví dụ, máy biến áp ba pha có đònh mức 10000 kVA, 138 Y–13,8 Δ có điện kháng 10% Đối với phía cao áp 138 kV, 10000 kVA, điện kháng 0,10 đvtđ Điện kháng qui phía cao áp là: 0,1 x (1382 × 1000)/10000 = 190,4Ω Tỷ số vòng cuộn dây là: 138 / = 5, 77 13, Điện kháng qui phía hạ áp là: 190,4/ (5,77)2 = 5,72 Ω Điện kháng tương đương pha nghóa điện kháng hình Y tương đương (trong phép biến đổi Δ–Y) 5,72/3 Ω Điện áp dây phía máy biến áp 13,8 kV điện kháng đơn vò tương đối 5, 72 10 = 0,1 giống trò số cho ⋅ 13, 82 Nếu phía hạ áp máy biến áp đấu lại theo hình Y, đònh mức máy biến áp 10000 kVA, 138Y – 23,9Y kV Điện áp dây phía hạ áp 23,9 kV điện kháng ⎛ 10 ⎞ = 0,1 trò số ban đầu ⎟ ⎝ 23, ⎠ đvtđ 5,72 ⎜ Ví dụ 4.5: Một máy phát điện ba pha 30000 kVA, 13,8 kV có điện kháng siêu độ 15% Máy phát cung cấp cho hai động qua đường dây truyền tải với máy biến áp tăng giảm áp hai đầu đường dây (H.4.20) Hình 4.20: Sơ đồ sợi ví dụ 4.5 144 CHƯƠNG Hai động có công suất đònh mức 20000 kVA 10000 kVA, hai có điện áp đònh mức 12,5 kV điện kháng siêu qúa độ 20% Các máy biến áp ba pha có đònh mức 35000 kVA, 13,2 Δ – 115Y kV với điện kháng tản 10% Điện kháng nối tiếp đường dây truyền tải 80 Ω Vẽ sơ đồ điện kháng đơn vò tương đối Chọn đònh mức máy phát làm Giải Cơ 30000 kVA 13,8 kV máy phát đòi hỏi phải chọn công suất 30000 kVA cho toàn hệ thống sau điện áp bản: - Trong đường dây truyền tải: 13,8 ⋅ - Trong mạch động cơ: 120 ⋅ 115 = 120 kV 13, 13, = 13,8 kV 115 Các điện kháng máy biến áp phải đổi từ 35.000 kVA, 13,2 kV sang 30.000 kVA, 13,8 kV sau: Điện kháng máy biến áp = 0,1 Tổng trở đường dây truyền tải: điện kháng đường dây là: 30000 ⎛ 13, ⎞ ⋅⎜ ⎟ = 0,0784 ñvtñ 35000 ⎝ 13, ⎠ 1202 = 480 Ω 30 80 = 0,167 đvtđ 480 Điện kháng động 1: 0, ⋅ Điện kháng động 2: 0,2 30000 ⎛ 12, ⎞ ⋅⎜ ⎟ = 0,246 ñvtñ 20000 ⎝ 13, ⎠ 30000 ⎛ 12, ⎞ ⋅⎜ ⎟ = 0,492 ñvtñ 10000 ⎝ 13, ⎠ Sau sơ đồ điện kháng (H.4.21.): Hình 4.21: Sơ đồ điện kháng ví dụ 4.5 4.7 SO SÁNH ĐƠN VỊ CÓ TÊN VÀ ĐƠN VỊ TƯƠNG ĐỐI Khi máy biến áp ghi nhãn hiệu có tổng trở ZB% = 5%, điều có ý nghóa người kỹ sư hệ thống Có thể hiểu dòng điện đơn vò tương đối qua tổng trở nối tiếp tương đương máy biến áp gây sụt áp đầu vào đầu máy biến áp Tất nhiên sụt áp đại lượng vectơ, trường hợp tổng quát không BIỂU DIỄN CÁC PHẦN TỬ CỦA MẠNG ĐIỆN 145 sụt áp toàn phần qua máy biến áp ngoại trừ tỷ số RB/XB với tỷ số Rpt/Xpt phụ tải Khái niệm ZB% tổng trở máy biến áp có liên quan mật thiết với phần trăm sụt áp Đối với máy biến áp, tổng trở ZB% với phần trăm điện áp ngắn mạch UN% đònh mức máy UN% máy biến áp nhà chế tạo cung cấp giá trò thay đổi phạm vi hẹp Ngoài ra, phần trăm điện kháng đồng máy phát điện hiểu tương tự phần trăm ZB% máy biến áp thay đổi phạm vi hẹp tùy theo loại máy Nếu dùng đơn vò có tên toán mạng điện cần thiết phải qui đổi tất giá trò tổng trở phần mạng điện phần bên hai phần mạch điện nối với qua máy biến áp Đối với máy biến áp pha hay máy biến áp ba pha đấu Y–Y hay Δ– Δ, việc qui đổi thực nhờ bình phương tỷ số vòng máy biến áp bình phương tỷ số điện áp pha điện áp dây đònh mức hai phía máy biến áp Nếu máy đấu Δ–Y bắt buộc phải dùng bình phương tỷ số điện áp dây Trong đó, dùng đơn vò tương đối tổng trở tương đối máy biến áp không cần phải qui đổi dù tính từ phía máy biến áp Tuy vậy, có tính lại tổng trở tương đối máy điện nói chung lượng hệ thống khác với lượng tổng trở tương đối ghi nhãn máy Ngoài tổng trở tương đối máy biến áp không phụ thuộc cách đấu dây Y–Y hay Δ–Y, điện áp dây máy biến áp thay đôåi thay đổi cách đấu dây cuộn dây chòu điện áp đònh BÀI TẬP CHƯƠNG 4.1 Một máy biến áp ba pha hai cuộn dây Δ /Y,120/24 kV, 30 MVA có điện trở RB = 0,0047 đvtđ XB = 0,0862 đvtđ Tổn thất sắt điện áp đònh mức 65,8 kW a) Nếu phía thứ cấp máy biến áp mang tải đònh mức với cos ϕ = 0,8 trễ, tính sụt áp qua máy biến áp hiệu suất máy b) Làm lại câu a) với cos ϕ = 0,8 sớm c) Nếu đầu 24 kV bò ngắn mạch, hỏi điện áp phía cao áp để dòng qua máy biến áp đònh mức? ĐS: a) 5,56%; 99,14% b) –4,8% c) 10,36kV 4.2 Một máy biến áp ba pha, ba cuộn dây, 68 MVA có cách đấu dây sau: Cuoän 1: 120 kV, Y, 68 MVA Cuoän 2: 13,2 kV, Δ, 34 MVA Cuoän 3: 13,2 kV, Δ, 34 MVA Thí nghiệm ngắn mạch cho điện kháng tính theo phần trăm sau (tất 34 MVA) X12% = 16,1 %, X13 % = 16,1 %, X23% = 34,8 %, bỏ qua điện trở cuộn dây a) Tìm tổng trở đvtđ mạch tương đương ba cuộn dây 34 MVA b) Hai máy phát cung cấp cho hai cuộn dây 13,2 kV với công suất nhau, cuộn dây cao áp mang tải 68 MVA với cos ϕ = 0,9 trễ điện áp đònh mức 120 kV Tính sụt áp qua máy biến áp điện áp đầu cực máy phát giữ không đổi từ lúc không tải đến lúc đầy tải ĐS: a) 0%; 17,4%; 17,4% b) 14,35kV 146 CHƯƠNG 4.3 Một máy phát đồng ba pha công suất 300 MVA, 50HZ, cung cấp điện cho hệ thống vô lớn qua máy biến áp tăng, điện kháng đồng máy phát j1,30 đvtđ, tổng trở máy biến áp j0,10 đvtđ, tất 300 MVA Tổng trở hệ thống nhìn từ phía cao áp máy biến áp j0,03 đvtđ 100MVA Giả thiết không cần thiết phải điều chỉnh điện áp giá trò tổng trở a) Một dòng điện 1,0 đvtđ (trên 300 MVA) có hệ số công suất 0,90 trễ với điện áp đầu cực máy phát Ut Cho điện áp vô lớn hệ thống 1,0 Tìm sức điện động E0 sau điện kháng đồng bộ, điện áp đầu cực máy phát Ut đvtđ góc lệch pha δ E0 điện áp U vô lớn b) Theo phương trình truyền suất tính công suất cực đại đvtđ truyền từ máy phát đến hệ thống Giả thiết kích từ máy phát giữ không đổi ĐS: a) Eo = 1,99; Ut = 1,04; δ = 41,16o b) 1,42 4.4 Với máy phát tập 4.3 Làm lại câu a) với dòng điện với |Ut | = 1,0 |U| chưa biết, tìm E0, U δ ĐS: Eo = 1,96; U = 0,96; δ = 42,08o 4.5 Một máy phát đồng ba pha, 130 MVA, 13,8 kV có điện kháng đồng 1,87 đvtđ máy phát Máy phát nối với máy biến áp ba pha 130 MVA đònh mức 13,2/126 kV Điện áp đònh mức hệ thống 120 kV Tổng trở máy biến áp j9,7% máy biến áp Tổng trở Thevenin hệ thống nhìn từ phía cao áp máy biến áp j15% 100 MVA, 120 kV a) Tính tổng điện kháng nối tiếp dùng phương trình truyền công suất Dùng điện áp 120 kV công suất 130 MVA b) Làm lại phần a) với điện áp đònh mức máy phát làm ÑS: a) 2,254; 0,107; 0,195 b) 0,0887; 1,87; 0,1618 4.6 Máy phát tập 4.5 phát dòng điện đònh mức với điện áp đầu cực 13,8 kV Điện áp vô lớn 120 kV a) Tính hệ số công suất đầu cực máy phát b) Tính góc công suất δ sức điện động E0 sau điện kháng đồng ĐS: a) 0,863 b) 55,44o; 2,5 4.7 Hai máy phát điện mắc song song đến góp có điện kháng siêu độ X''= 10% Máy phát có đònh mức 2500 kVA, 2,4kV máy phát có đònh mức 5000 KVA, 2,4 kV Tìm điện kháng đơn vò tương đối máy phát 15000 kVA, 2,4 kV Tìm điện kháng máy phát tương đương 15000 kVA, 2,4 kV ĐS: 60%; 30%; 20% 4.8 Ba động có điện áp đònh mức 6,9 kV nối đến góp có số liệu sau: Động 1: 5000 HP, đồng bộ, cos ϕ = 0,80, X'' =17% Động 2: 3000 HP, đồng bộ, cos ϕ = 1, X'' = 15% Động 3: 3500 HP, không đồng bộ, cosϕ = 0,80, X'' = 20% Hãy biểu diễn điện kháng siêu qúa độ đơn vò tương đối 10000 kVA, 6,6 kV Cho HP ≈ 0,75 kW (mã lực) ĐS: 39,64%; 72,87%; 66,62% BIỂU DIỄN CÁC PHẦN TỬ CỦA MẠNG ĐIỆN 147 4.9 Một máy phát đồng ba pha 15000 kVA, 8,5 kV có điện kháng siêu qúa độ 20 % Máy phát nối với đường dây truyền tải qua máy biến áp tăng áp Δ /Y điện kháng đường dây 70 Ω, cuối đường dây máy biến áp giảm Y–Y Cả hai máy biến áp ba máy biến áp pha ghép thành ba pha Máy biến áp pha có đònh mức 6667 kVA, 10/100 kV, điện kháng 10% Phụ tải phía thứ cấp máy biến áp giảm 10000 kVA, 12,5 kV, cos ϕ = 0,80 trễ thay tổng trở cố đònh Vẽ sơ đồ tổng trở đơn vò tương đối Chọn 10000 kVA, 12,5 kV mạch phụ tải Hãy xác đònh điện áp đầu cực máy phát ĐS: 8,36kV 4.10 Xác đònh tham số sơ đồ thay máy biến áp hai dây quấn công suất đònh mức 630 kVA, 10/0,4 kV với điều kiện qui đổi phía sơ cấp phía thứ cấp Cho tham số sau: ΔPN = 8,5 kW, ΔP0 = 1,65 kW, UN% = 5,5%, i0% = 3% ÑS: qui veà cao RB = 2,14 Ω, XB = 8,46 Ω qui hạ RB = 3,43.10–3 Ω, XB = 13,5.10–2 Ω 4.11 Xác đònh tham số sơ đồ thay máy biến áp ba cuộn dây công suất đònh mức 40000 kVA, 220/38,5/11 kV với điều kiện qui đổi phía cao áp Công suất ba cuộn dây 100/100/100%.Các tham số máy biến áp sau: UN(C–H)% = 22%, UN(C–T)% = 12,5%, UN(T–H)% = 9,5%, ΔPN(C–T) = ΔPN(C–H) = ΔPN(T–H) = 220 kW, i0% = 1,1%, ΔP0 = 55 kW ÑS: RB(C) = RB(T) = RB(H) = 3,3275 Ω, XB(C) = 151,25 Ω, XB(T) = 0, XB(H) = 114,95 Ω, ΔQFe = 0,44 MVAr 4.12 Xác đònh tham số sơ đồ thay máy biến áp tự ngẫu 240 MVA, 330/242/11 kV với điều kiện qui đổi phía điện áp cao Cho tham số máy biến áp: UN(C–T)% = 9,6%, U’N(C–H)% = 29,6%, U’N(T–H)% = 24%, ΔPN(C–T) = 560 kW, ΔP’N(C–H) = 260 kW, ΔP’N(T–H) = 250 kW, ΔP0 = 130 kW, i0% = 0,5% Cho công suất đònh mức cuộn hạ 0,4 công suất đònh mức máy biến áp (α = 0,4) ĐS: RB(C) = 0,58 Ω, RB(T) = 0,47 Ω, RB(H) = 2,48 Ω, XB(C) = 52,4 Ω, XB(T) = 0, XB(H) = 281,1 Ω, ΔQFe = 1,2 MVAr 4.13 Một máy biến áp pha 60 kVA, 4800/2400 V có kết thí nghiệm sau: Đặt điện áp đònh mức vào phía cuộn dây hạ áp cuộn cao áp để hở Trong trường hợp này, dòng điện phía hạ áp 2,4 A công suất tiêu thụ từ nguồn 2400 V 3456 W Đặt điện áp thấp 1250 V vào cuộn cao áp ngắn mạch cuộn hạ áp Trong trường hợp này, dòng điện vào cuộn cao áp 12,5 A công suất tiêu thụ từ nguồn 1250 V 4375 W a) Xác đònh tham số sơ đồ thay qui phía cao áp b) Xác đònh phần trăm sụt áp hiệu suất máy biến áp máy biến áp vận hành đầy tải, hệ số công suất 0,8 trễ điện áp phía thứ cấp 2400 V c) Phụ tải kVA ứng với hiệu suất lớn ứng với hệ số công suất 0,8 trễ hiệu suất lớn bao nhiêu? d) Hiệu suất máy biến áp mang tải ¾ công suất đònh mức với hệ số công suất 0,8 trễ điện áp phía thứ cấp 2400 V ĐS: a) 28 + j96 Ω b) 21,839%, 85,97% c) 53,237 kVA, 86,057% d) 85,88% 148 CHƯƠNG 4.14 Một máy biến áp pha hai cuộn dây, công suất đònh mức kVA, 120/90 V Máy biến áp đấu lại thành máy biến áp tự ngẫu để cung cấp cho phụ tải 120 V từ nguồn 210 V Tìm công suất kVA cung cấp cho phụ tải mà không vượt dòng điện đònh mức cuộn dây ĐS: 21 kVA 4.15 Một hệ thống vận hành 220 kVA 11 kV Dùng đại lượng làm tính dòng điện bản, tổng trở đới với hệ thống ĐS: 20 A: 550 Ω 4.16 Dùng 220 kVA 11 kV làm bản, biểu diễn 138 kV, MVA, 60 A 660Ω đơn vò tương đối ĐS: 11,54 ; 9,09 ; ; 1,2 đvtđ 4.17 Nếu 25 Ω 125 A tổng trở dòng điện hệ thống Tính công suất kVA điện áp ĐS: 390,625 kVA ; 3125 V 4.18 Trò số phần trăm điện áp, dòng điện, tổng trở, công suất hệ thống 90, 30, 80 150 Dòng điện tổng trở 60 A 40 Ω Tính giá trò thực tế điện áp, dòng điện, tổng trở, công suất đơn vò có tên ĐS: 2160 V ; 18 A ; 24 Ω ; 5832 kVA 4.19 Một đường dây tải điện pha cung cấp phụ tải hệ số công suất trễ Phụ tải tiêu thụ dòng điện 1,2 đvtđ điện áp 0,6 đvtđ, công suất tác dụng 0,5 đvtđ Nếu điện áp 20 KV dòng điện 160 A, tính hệ số công suất, trò số có tên điện trở tải ĐS: 0,694 ; 43,375 Ω 4.20 Tổng trở đơn vò tương đối hệ thống 0,7 đvtđ Công suất 300 kVA, điện áp 11 kV a) Hỏi trò số ohm tổng trở ? b) Trò số ohm có thay đổi không chọn lại trò số 400 kVA 38 kV ? c) Tính lại trò số tổng trở đơn vò tương đối qui 400 kVA 38 kV ĐS: a) 282,33 Ω b) không c) 0,0782 đvtđ 4.21 Sơ đồ đơn tuyến hệ thống ba máy phát vẽ hình: Hãy vẽ lại sơ đồ với tất theo đơn vò tương đối qui 7000 kVA ĐS: G1: j0,7 G2: j2,1 G3: j0,175 MBÁ MVA: j0,0525 MBÁ MVA: j0,233 Đường dây: 0,064+j0,129 4.22 Một máy biến áp 100 kVA, 20/5 kV có tổng trở tương đương 10% Tính tổng trở qui a) phía 20 kV b) phía kV ĐS: a) 400 Ω b) 25 Ω 149 BIỂU DIỄN CÁC PHẦN TỬ CỦA MẠNG ĐIỆN 4.23 Máy phát điện ba pha G1 G2 cung cấp cho phụ tải động M1, M2 M2 theo sơ đồ: Máy biến áp T1 T2 có công suất đònh mức 100 MVA, 33/110 kV máy có điện kháng 0,08 đvtđ Chọn 100 MVA; 110 kV 33 kV làm Hãy tính tất điện kháng đơn vò tương đối ĐS: MBÁ: 0,08 Đường dây: 0,496 Máy phát: 0,12 ; 0,2 Động cơ: 0,551 ; 0,620 ; 0,331 ... trên) ΔPCu (C) ⋅ U C2 Sđm ΔPCu ( T) ⋅ U C2 Sñm ΔPCu ( H) ⋅ U C2 Sñm ⋅ 103 Ω (4. 44) ⋅ 103 Ω (4. 45) ⋅ 103 Ω (4. 46) 1 34 CHƯƠNG Tính X: Với máy biến áp tự ngẫu, nhà sản xuất cho điện áp ngắn mạch... Eo = 1,99; Ut = 1, 04; δ = 41 ,16o b) 1 ,42 4. 4 Với máy phát tập 4. 3 Làm lại câu a) với dòng điện với |Ut | = 1,0 |U| chưa biết, tìm E0, U δ ÑS: Eo = 1,96; U = 0,96; δ = 42 ,08o 4. 5 Một máy phát đồng... (4. 39) α2 ΔP '( T − H) Tương tự: ΔP( T − H) = (4. 40) α2 Dựa vào sơ đồ tương đương xác đònh tổn thất cuộn dây: ΔPCu (C) = ΔP(C− T) + ΔP(C−H) − ΔP( T −H) (4. 41) Δ PCu(T)= ΔP(C–T) – ΔPCu(C) (4. 42)