Tiến hành mô phỏng sơ đồ khối 3.7 với thời gian thiết lập là (thời gian điện áp xung sét giảm còn một nửa), ta được kết quả đầu ra tại các nút như sau:
Hình 3.9: Điện áp nút 1 – dây quấn đan xen – mô phỏng
Hình 3.11: Điện áp nút 3 – dây quấn đan xen – mô phỏng
Hình 3.13: Điện áp nút 5 – dây quấn đan xen – mô phỏng
Hình 3.15: Điện áp nút 7 – dây quấn đan xen – mô phỏng
Hình 3.17: Điện áp nút 9 – dây quấn đan xen – mô phỏng
Hình 3.19: Điện áp nút 11 – dây quấn đan xen – mô phỏng
Qua đồ thị điện áp của 12 nút (bao gồm cả nút đầu vào) tại chúng ta nhận thấy điện áp tại các nút có dạng giống nhau, và suy giảm dần theo chiều dài dây quấn. Tuy nhiên để biết được tốc độ suy giảm chúng ta sẽ tách điện áp tại các nút tại cùng một thời điểm, cụ thể ở đây là thời điểm 1 , thời điểm xung điện áp đạt cực đại và là thời điểm nguy hiểm nhất. Kết quả có được:
Nút 1 Nút 2 Nút 3 Nút 4 Nút 5 Nút 6
1,0000 0.7637 0.5827 0.444 0.3375 0.2555
Nút 7 Nút 8 Nút 9 Nút 10 Nút 11 Nút 12
0.192 0.1425 0.1033 0.0715 0.045 0.0217
Giá trị điện áp trên bảng trên là giá trị tương đối, tức là tỉ số so với điện áp đặt đầu vào. Vẽ đồ thị của bảng trên:
Hình 3.21: Điện áp tại 1 tại các nút - dây quấn đan xen
Qua đồ thị ta nhận thấy phân bố điện áp tại thời điểm ban đầu (cụ thể ở đây là thời điểm xung sét đạt giá trị cực đại) gần sát với đường thẳng . Điều này cũng có nghĩa là gradient điện áp trên chiều dài bối dây gần giống như nhau, hay là điện áp đã phân bố đồng đều trên toàn bối dây, không có hiện tượng tập trung điện áp quá lới
tại các gallet đầu tiên. Để có cái nhìn cụ thể hơn, chúng ta sẽ tiến hành mô phỏng tương tự với dây quấn xoắn ốc, . Đồ thị điện áp mô phỏng tại 50 với dây quấn xoắn ốc như sau:
Hình 3.22: Điện áp nút 2 – dây quấn xoắn ốc – mô phỏng
Hình 3.24: Điện áp nút 4 – dây quấn xoắn ốc – mô phỏng
Hình 3.26: Điện áp nút 6 – dây quấn xoắn ốc – mô phỏng
Hình 3.28: Điện áp nút 8 – dây quấn xoắn ốc – mô phỏng
Hình 3.30: Điện áp nút 10 – dây quấn xoắn ốc – mô phỏng
Hình 3.32: Điện áp nút 12 – dây quấn xoắn ốc – mô phỏng
Tương tự với dây quấn đan xen, chúng ta sẽ trích ra giá trị điện áp tại 1 tại các nút:
Nút 1 Nút 2 Nút 3 Nút 4 Nút 5 Nút 6
1,0000 0.2941 0.0832 0.0241 0.0067 0.0019
Nút 7 Nút 8 Nút 9 Nút 10 Nút 11 Nút 12
0.0005 0.0001 0 0 0 0.0001
Sự phân bố điện áp ban đầu với dây quấn đan xen, cụ thể tại thời điểm 1 được thể hiện dưới đồ thị hình 3.33. Rõ ràng, với dây quấn xoắn ốc đường phân bố điện áp ban đầu có dạng đường hypebol, cách xa đường phân bố điện áp xác lập (đường thẳng). Dễ dàng nhận thấy điện áp tập trung rất lới tại khoảng giữa nút 1 và nút 2 (70%), đây chính là vị trí bánh dây đầu tiên. Phần còn lại của bối dây tập trung 30% điện áp. Việc phân bố không đồng đều điện áp tại thời gian ngắn ngủi trong quá
trình quá độ là nguyên nhân dẫn đến đánh thủng cách điên, gây ra sự cố trong máy biến áp.
Hình 3.33: Điện áp tại 1 tại các nút - dây quấn xoắn ốc
Kết luận: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Ở chương cuối cùng, tác giả đã mô hình hóa bài toán cụ thể với dây quấn có kích thước hình học xác định, điện áp xung sét đầu vào xác định. Bằng phương pháp biến trạng thái, và phần mềm sử dụng là Matlab&Simulink, bài toán đã được giải tự động bằng các khối có sẵn. Do đó chỉ cần nhập các thông số đầu vào, và kết quả trả về điện áp đầu ra tại tất cả các nút trên bối dây. Bằng cách trích ra điện áp tại thời điểm xung sét đạt giá trị cao nhất, tác giả đã so sánh được trực quan phân bố điện áp trên hai kiểu bối dây (cùng kích thước hình học, cùng điện áp xung đầu vào), từ đó dễ dàng nhận thấy phương pháp quấn dây đan xen đã làm cho phân bố điện áp ban đầu gần sát với đường phân bố xác lập tuyến tính, hay nói cách khác điện áp đã phân bố đồng đều hơn.
KẾT LUẬN
So với các phương pháp về mặt điện dung: sử dụng vành điện dung, sử dụng màng tĩnh điện, nối thêm tụ điện vào bối dây, thì phương pháp quấn dây đan xen tỏ ra có hiệu quả hơn nhiều về mặt phân bố lại điện áp ban đầu trên bối dây. Do đó phương pháp quấn dây đan xen có hiệu quả nhất khi chịu quá điện áp đóng ngắt hoặc xảy ra quá độ trong máy biến áp. Mặc dù là phương pháp quấn dây khó, thi công lâu hơn, đòi hỏi trình độ tay nghề cao, tuy nhiên để đạt được mục đích bảo vệ, phương pháp này vẫn được sử dụng rất phổ biến hiện nay tại các máy biến áp truyền tải. Phương pháp này lợi thế hơn sử dụng vành điện dung, tuy nhiên ở các máy biến áp công suất cao, điện áp lớn, vẫn đòi hỏi phải sử dụng kết hợp cả hai phương pháp.
Kết quả đạt được:
- Tham khảo các tài liệu nghiên cứu và đưa ra công thức tính điện dung nối tiếp, điện dung song song, điện cảm của bối dây xoắn ốc và đan xen.
- Tham khảo và đưa ra một phương pháp tính toán phân bố điện áp trên bối dây.
- Mô phỏng quá trình tính toán bằng phần mềm Matlab&Simulink
- Tìm được phân bố điện áp trên các nút tại một thời điểm bất kỳ dưới dạng đồ thị theo thời gian.
- Tìm được phân bố điện áp trên bối dây tại một thời điểm bất kỳ, cụ thể ở đây là thời điểm xung sét đạt giá trị cực đại.
Hướng phát triển:
- Tính toán cho các bối dây phức tạp hơn, đan xen nhiều mạch nhánh, các phân đoạn trên bối dây quấn theo nhiều cách khác nhau,...
- Tự động hóa bài toán, nhập thông số kích thước đầu vào của dây quấn và kết quả trả về là điện áp trên từng gallet.
- Giải bài toán khi nào cần quấn dây đan xen, và đan xen bao nhiêu bánh dây là đủ yêu cầu về quá điện áp.
Tài liệu tham khảo
1. Phạm Văn Bình, Lê Văn Doanh, Tôn Long Ngà (2011), Máy biến áp Lý thuyết – Vận hành – Bảo dưỡng – Thử nghiệm, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật.
2. S.V.Kulkarni, S.A.Khapard (2012), Transformer engineering: Design,Technology, and Diagnostics, Second Edition, CRC Press.
3. M. Heidarzadeh, M.R. Besmi (2013), Influence of transformer layer winding parameters on the capacitive characteristic coefficient, IJTPE Journal.
4. Fergestad, P.I. and Henriksen (1974), T. Transient oscillations in multi- winding transformers, IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, Vol
PAS-93, pp. 500–509.
5. Kasturi, R. and Murty, G.R.K (1979), Computation of impulse voltage
stresses in transformer windings, Proceedings IEE, Vol. 126, No. 5, pp. 397– 400.
6. Weed, J.M (1922), Prevention of transient voltage in windings, AIEE
Transactions, pp. 149–159.
7. Wirgau, K.A (1976), Inductance calculation of an air-core disk winding, IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, Vol. PAS-95, No. 1, pp. 394–400.
8. Hoàng Việt (2007), Kỹ thuật điện cao áp T2, Quá điện áp trong hệ thống điện, NXB Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh.
9. Kanchan Rani, R.S.Gorayan (2013), Transient voltage distribution in transformer winding (experimental investigation), IJGET.
10. Heidarzadeh, Besmi (2014), Iranian Journal of Electrical & Electronic Engineering, Vol. 10, No. 2.