Chương 2: Bảo vệ máy biến áp động lực
1/ Các dạng sự cố trong máy biến áp
1.1/ Ngắn mạch nhiều pha trong cuộn dây MBA.
Ngắn mạch nhiều pha trong cuộn dây MBA có thể xảy do quá điện áp khí quyển hoặc do cách điện bị già cỗi. Dòng sự cố chạy trong mạch vòng bị chập có thể có trị số lớn gấp nhiều lần dòng định mức của MBA, tùy theo số vòng dây bị chập nh− hình vẽ 2 - 1.
Dòng điện này tạo ra những xung lực lớn xô đẩy các vòng dây MBA và trong nhiều tr−ờng hợp có thể phá hủy cuộn dây.
Hình 2 - 1: Ngắn mạch nhiều pha trong cuộn dây máy biến áp
1.2/ Ngắn mạch một pha chạm đất.
Dòng điện ngắn mạch một pha lớn hay nhỏ phụ thuộc vào tổng trở của
điểm trung tính MBA với đất, tổ nối dây và khoảng cách từ chỗ chạm đất tới
điểm trung tính.
Hình 2 - 2: Ngắn mạch một pha chạm đất.
Dòng điện chạm đất một pha bằng:
x d
x Z
I U
=3 ( 2-1)
Trong đó Ix: Là dòng điện chạm đất một pha cách trung tính một khoảng x.
Zx: Là tổng trở mạch vòng bao gồm
điện trở trung tính Zd, điện trở từ chỗ chạm
đất tới cọc nối đất.
Dòng điện sự cố sơ cấp t−ơng ứng:
x d x
s Z
KU I K
I =3 * = (2-2)
Trong đó K: Là tỷ số biến đổi của MBA.
Nếu x% là số phần trăm tính từ chỗ bị ngắn mạch với đất tới điểm trung tính của MBA, ta có :
Ud =x%*UP (2-3)
UP: Là điện áp pha của đường dây. Khi đó:
x
P
x Z
U x
I = K * % * (2-4)
Thông thường điện trở tại chỗ chạm đất và điện trở từ chỗ ngắn mạch tới cọc nối đất rất nhỏ. Trong tính toán gần đúng có thể lấy: Zx = Zd.
Dưới đây là đồ thị quan hệ giữa dòng điện sự cố theo vị trí điểm ngắn mạch cho hai tr−ờng hợp.
• Cho máy biến áp có trung tính nối đất trực tiếp.
• Tr−ờng hợp máy biến áp có trung tính cách ly.
Nhìn vào đồ thị ta thấy, khi không có chạm đất thì dòng điện đi qua cuộn dây là dòng điện chung của 3 pha với đất. Do phía sơ cấp nối tam giác nên dòng
điện IS không có. Sau đó xảy ra chạm đất một pha làm cho dòng điện chạm đất của pha đó giảm đi , nh−ng điện áp ở hai pha còn lại tăng so với đất tới đầu cực máy biến áp.
Hình 2 - 3: Đồ thị dòng điện sự cố.
Nhìn vào đồ thị ta thấy ở 40 đến 50%
cuộn dây thì tỷ trọng điện kháng cuộn dây là lớn nhất, do đó dòng điện sự cố nhỏ nhất. Khi điểm sự cố dịch chuyển xa điểm trung tính tới đầu cực MBA, dòng sự cố đạt cực đại.
Tr−ờng hợp trên vẽ cho máy biến áp có uk=10%, công suất nguồn vô cùng lớn.
1.3/ Ngắn mạch giữa các vòng dây của cùng một cuộn dây MBA.
Trong tr−ờng hợp này dòng điện tại chỗ ngắn mạch rất lớn vì một số vòng dây bị nối ngắn mạch, dòng điện này phát nóng tại chỗ, đốt nóng cách điện cuộn dây và dầu MBA, nh−ng dòng điện từ nguồn tới MBA (IS) có thể vẫn nhỏ không
đủ cho bảo vệ rơle tác động. Trong trường hợp này thường rơle hơi tác động cắt máy biến áp ra khỏi l−ới điện.
Hình 2 - 5: Ngắn mạch giữa các vòng dây của cùng một cuộn dây MBA - Cách điện giữa các lá thép của lõi từ từ bị phá hủy, trong lõi từ xuất hiện
dũng điện xoỏy lớn, đốt núng lừi từ, làm cho nhiệt độ dầu mỏy biến ỏp tăng cao quá mức cho phép. Trong trường hợp này rơle nhiệt độ hoặc rơle hơi của MBA sẽ tác động.
- Thùng dầu MBA bị thủng, dẫn đến máy biến áp cạn dầu. Trong trường hợp này rơle hơi sẽ tác động.
- Vỡ sứ đầu ra máy biến áp dẫn đến ngắn mạch trên đầu cực của MBA.
1.4/ Những hư hỏng và chế độ làm việc không bình thường bên ngoài máy biến áp.
Khi xảy ra ngắn mạch phía đ−ờng dây mà máy biến áp cung cấp (ngắn mạch nhiều pha với nhau, ngắn mạch một pha) hoặc dòng điện phụ tải tăng quá
cao dẫn đến máy biến áp bị quá tải. Khi máy biến áp bị quá tải làm cho cuộn dây máy biến áp phát nóng quá mức cho phép có thể làm sôi dầu máy biến áp.
Hình 2 - 4: Đồ thị dòng ngắn mạch 1 pha chạm đất khi máy biến
áp trung tính cách điện.