IV. XÁC ĐỊNH SƠ BỘ TRỌNG LƯỢNG RUỘT, VỎ.
PHẦN II: CHUYÊN ĐỀ ĐIỀUCHỈNH ĐIỆN ÁP
1. Khái niệm chung:
Hầu hết thiết bị tiêu thụ điện - động cơ, bóng đèn điện được sản xuất với điện áp xác định. Sử dụng không đúng điện áp sẽ làm cho thiết bị mau hư hỏng(khi điện áp lớn hơn định mức) hoặc làm giảm công suất của thiết bị (khi điện áp nhỏ hơn định mức). Vì vậy việc cung cấp điện cần phải giữ điện áp bằng điện áp định mức hoặc nói chính xác hơn điện áp không được sai khác giá trị định mức trong phạm vi cho trước.
Điện áp đặt vào sơ cấp máy biến áp thường hay dao động, một phần do phụ tải của máy biến áp thay đổi, hoặc phụ tải của máy biến áp cùng nối vào lưới điện đó thay đổi điện áp từ đầu đường dây. Khi điện áp sơ cấp của máy biến áp không đổi, điện áp đặt lên thiết bị vẫn khác điện áp định mức do điện áp rơi trong máy biến áp và trên đường dây.
Như vậy, muốn giữ điện áp trên thiết bị dùng điện thay đổi trong phạm vi hẹp, cần điều chỉnh điện áp. Phương pháp thường dùng nhất là thay đổi tỉ số biến đổi của máy biến áp.
Về mặt lý thuyết thì tốt nhất là thay đổi số vòng dây cả dây quấn sơ cấp và thứ cấp, thay đổi số vòng dây phía sơ cấp khi có thay đổi điện áp sơ cấp (theo nguyên tắc giữ cho từ thông không đổi) thay đổi số vòng dây thứ cấp để bù lại điện áp rơi trên đường dây từ máy biến áp đến thiết bị và cả điện áp rơi trong máy biến áp. Cách giải quyết này khá tốn kém, vì vậy thường chỉ thay đổi số vòng dây phía nào có điện áp thay đổi nhiều hơn. Khi điện áp bị giảm, thay đổi đầu phân áp mà giữ nguyên công suất cung cấp cho thiết bị dùng điện, sẽ làm tăng dòng điện. Dây quấn và chuyển mạch để thay đổi đầu phân áp phải chọn ứng với dòng điện lớn nhất trong phạm vi điều chỉnh.
Thông thường những máy biến áp đến 110KV, đầu phân áp thường đặt phía cao áp, điện áp lớn hơn đặt phân áp phía hạ áp. Thí dụ ứng với máy biến áp 220/110kV thường đặt đầu phân áp ở phía 110kV.Máy biến áp thay
đổi điện áp khi đang mai tải thường gọi là máy biến áp điều chỉnh (hoặc là máy biến áp điều chỉnh điện áp dưới tải) phạm vị điều chỉnh
2. Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh điện áp
Phần dây quấn, nhờ các đầu phân áp và chuyển mạch nối hoặc không nối với dây quấn làm việc gọi là dây quấn điều chỉnh. Các hệ thống điều chỉnh thường gặp được mô tả trên hình 17.2. Sơ đồ ởhình 17.2a dây quấn điều chỉnh được nối thuận với dây quấn làm việc, khoảng điều chỉnh (1-11). ở hình17.2b dây quấn điều chỉnh với dây quân làm việc (dây quấn cơ bản) tương ứng với hai nửa khoảng điều chỉnh cs hai phầ: AB - điềuchỉnh tĩnh và CD - điều chỉnh thô, số vòng dây quấn CD thường lớn hơn dây quấn ở AB bằng một nấc điều chỉnh tĩnh. Sơ đồ ở hình 172c, để giữ điện áp thứ cấp không đổi khí điện áp phía sơ cấp giảm, ta di chuyển vị trí tiếp xúc của chuyển mạch W từ vị trí 1 đến 2, 3,…6. Tiếp tục chuyển vị trí của P từ I sang vị trí số II, lúc đó vị trí của chuyển mạch W sang nấc 7, 8…
Khi máy biến áp làm việc ở nấc điều chỉnh thấp nhất mà vẫn giữ nguyên công suất truyền, tổn hao trong dây quấn sơ cấp sẽ tăng so với lúc điện áp sơ cấp bằng định mức.
Xét trường hợp như ở hình 17.2a và c. Giả sử điện áp sơ cấp giảm đi ΔU1, dòng điện phía sơ cấp sẽ là
11 1 1 1 1 U Uđm U đm đm − ∆ = Ι Ι
Điện trở dây quấn ứng với nấc giảm điện áp tỉ lệ với số vòng dây (hoặc điện áp): U U U R R đm đm đm đm 1 1 1 1 1 ∆ − =
R1đm điện trở tương ứng với đầu phân áp của điện áp định mức. Tổn hao ở dây quấn sơ cấp là:
UU U U U R P đm đm đm đm đm ∆ Ι ∆ = − 1 1 1 1 2 1 1
Cách nối thực hiện sao cho điện áp giữa hai vòng dây kề nhau không vượt quá điện áp của hai nấc điều chỉnh. Nếu nối tự nhiên theo thứ tự kề nhau thì điện áp giữa hai vòng kề nhau a và b bằng điện áp nấc điều chỉnh.
Giả sử điện áp định mức là 30kV (nối sao) phạm vi điều chỉnh mỗi điều chỉnh có điện áp (30000 3 ).0,02 = 346 V. Khi nối theo thứ tự tự nhiên các dây quấn kề nhau, điện áp hai vòng kề a và b là 7 . 346 = 2422V. Trong khi nối theo sơ đồ điện áp hai lớp đó là 2 . 346 = 692V. Khi thí nghiệm bằng phương pháp điện áp cảm ứng (gấp đôi) điện áp hai vòng dây này còn cao hơn nữa.
Phương pháp điều chỉnh đòi hỏi sử dụng dây quấn điều chỉnh độc lập quấn dọc theo chiều cao trụ. Đặt đầu điều chỉnh giữa dây quấn cơ bản khi chiều dòng điện ngược lại (chuyển mạch sang vị trí II) làm cho phân bố từ trường phức tạp, tăng từ trường tàn phụ, tăng tổn hao phụ và tăng lực ngắn mạch dọc trục.
Phương pháp điều chỉnh theo sơ đồ ở hình cho phép dùng cả hai loại dây quấn điều chỉnh, khi phạm vi điều chỉnh rộng thì sử dụng dây quấn điều chỉnh độc lập.
Sử dụng loại dây quấn điều chỉnh quấn dọc chiều cao trụ làm giảm lực điện động khi ngắn mạch. Tuy nhiên dây quấn dàn thành lớp mỏng, cách điện vòng dây tăng (hình17.4b) làm giảm an toàn chịu lực ngắn mạch. Vì vậy dây quấn điều chỉnh phải được chế tạo thân trọng, bên ngoài có cách điện giữ chặt dây quấn để không biến dạng.
Phạm vi điều chỉnh máy biến áp điều chỉnh dưới tải khá rộng, từ ± 10% đến ±20%, có khi còn lớn hơn. Điện áp mỗi nấc phụ thuộc vào phạm vi điều chỉnh và có số nấc của chuyển mạch, thường là từ 1 đến 2% điện áp định mức, ở máy biến áp công suất lớn, điện áp mỗi nấc còn nhỏ hơn. Xét sơ đồ sử dụng cho điều chỉnh điện áp dưới tải ở thời điểm chuyển mạh đang làm việc ở đầu phân áp 6. Trong thời gian đó dây quấn điều chỉnh có thể bị tách rời không nối với dây quấn cơ bản được xác định bởi điện dung C1 và C2 .Khi dây quấn điều chỉnh lại được chuyển mạch P nối vào dây quấn chỉnh có chênh điện áp ở tiếp điểm của P gây phóng điện. Phóng điện ở đây không phải lúc nào cũng làm hỏng máy biến áp nhưng gây ra tiếng nổ và tia lửa điện muốn khử hiện tượng phóng điện lày,có thể nối dây quấn quanh một điện trở lớn.nếu sử dụng sơ ddoof17.5 sẽ tạo khe hở gữa các dây quấn ,làm như vậy thì điện dung giữa dây quấn chỉnh tinh và chỉnh thô lớn,điện áp giữa hai dây quấn bé không tạo ra tia lửa khi truyển mạch làm việc ở thờ điểm trên.cũng có thể dùng màn chắn sắt phía ngoài dây quấn điều chỉnh ,làm tăng điện dung giữa dây quấn điều chỉnh và dây quấn chỉnh
6. Nguyên tắc điều chỉnh điện áp khi có tải.
Khi điều chỉnh điện áp dưới tải, các tiếp điểm của chuyển mạch không được nối ngắn mạch các vòng, đồng thời cũng không được phép hở mạch.Người ta dùng hệ thống tiếp điểm kép, nối điện trở (hoặc kháng) giữa cặp tiếp điểm, để trong thời gian chuyển từ tiếp điểm, để trong thời gian chuyển từ tiếp điểm này qua tiếp điểm kê bên có thể hạn chế dòng điện ngắn mạch.
Mô tả từng bước khi điều chỉnh xuống đầu phân áp thấp hơn của chuyển mạch kiểu điện trở. Để đơn giản ta giả thiết dây quấn điều chỉnh nằm phía thứ cấp. Trong thực tế các đầu điều chỉnh thường nằm phía điểm trung tính chứ không đặt ở đầu cực dây quấn. Điện trở R chọn sao cho điện áp rơi trên điện trở trong quá trình chuyển mạch làm việc tương ứng với dòng điện định mức (U’ = Iđm.R, trong đó U’ là điệ áp một nấc điều chỉnh). ở đồ thị vectơ trên hình … tại vị trí d, dòng điện ở hai điện trở R khác nhau. Bỏ qua điện trở dây quấn, giả thiết máy biến áp đang mang tải với dòng điện định mức, ta có
Dòng điện cân bằg Icb = U’/2R cùng pha với điện áp U’ bằng Iđm/2. Đò thị vectơ ở hình … cho thấy sự dao động điện áp trong một chu trình chuyển nấc phân áp. Loại chuyển mạch dùng điện trở có điện áp thay đổi lớn nhất nếu cos
φ = 1.mô tả điều chỉnh điện áp khi dùng chuyển mạch kiểu kháng điện. ở vị trí
qua hai nửa cuộn kháng ngược chiều, điện kháng của kháng cùng với điện trở khá nhỏ có thể bỏ qua. ở vị trí này, dòng điện ở mỗi nhánh của vòng ngắn mạch (n và m) được mô tả chi tiết ở hình 17.8 dòng điện cân bằng là dòng từ hoá của kháng điện nối với điện áp mọt nấc điều chỉh. Bỏ qua điện trở dây quấn và tổn hao lõi thép của kháng điện, dòng điện này là dòng phản kháng. Dòng điện từ đầu phân áp 2 và 3 chảy đến k, khi bỏ qua trở kháng Loại chuyển mạch dùng điện trở không thiết kế điện trở thường xuyên mang dòng điện, vì vậy phụ tải nhiệt tính ứng với khoảng thời gian chuyển nấc. Thời gian chuyển nấc càng nhỏ, kích thước điện trở càng bé. Để đề phòng khả năng chuyển mạch không đến đúng vị trí (do hư hỏng phần cơ), người ta đặt thêm bộ nguồn một chiều (pin) báo tín hiệu chỉ vị trí của chuyển mạch, đồng thời báo điện trở của chuyển mạch hết thời gian mang dòng điện.
Trong khoảng thời gian chuyển mạch làm việc, sự dao động điện áp khó phát hiện. Về việc dập tắt tia lửa hồ quang xuất hiện ở tiếp điểm chuyển mạch, loại dùng điện trở nhanh dập tắt hơn loại dùng cuộn kháng. Nhược điểm loại dùng điện trở là thiết bị phức tạp. Khi đươc chế tạo cẩn thận, chuyển mạch kiểu điện trở làm việc khá tin cậy. Chuyển mạch kiểu điện trở thường chế tạo ứng với 20 đến 100 lần làm việc trong một ngày ở điện áp 220kV.
Dây quấn có số vòng dây thay đổi thường nối sao. Phần dây quấn điều chỉnh thường đặt kề điểm trung tính như vậy cho phép chế tạo các bộ chuyển mạch ba pha điện áp cao giữa các phần của chuyển mạch là điện áp thấp. Nối sao và đặt nấc điều chỉnh gần đầu cực hoặc giữa bối dây chỉ trong các trường hợp cá biệt, như khi cần điều chỉnh riêng từng pha máy biến áp tự ngẫu.
Khi phía điện áp cao thường xuyên nối đất, chuyển mạch được nối phía điểm trung tính, các điện chuyển mạch nhỏ hơn nhiều so với điện áp định mức,khi đó dễ dàng chế tạo chuyển mạch cho điện thế dưới tải ở điện áp cao (tới 500 kV).