4. Cấu trúc nội dung của luận văn
2.2.3. Các chế độ làm việc của máy biến dòng
Tỷ số giữa dòng ngắn mạch sơ cấp trên dòng định mức gọi là bội số dòng của máy biến dòng:
1 1dm I n I (2.11) Khi n lớn, sai số máy biến dòng tăng và sai số này còn phụ thuộc vào dòng thứ cấp I2 hoặc tải Z2. Thông thường cho mạch bảo vệ, bội số dòng điện của máy biến dòng phải đạt giá trị sao cho sai số của nó đạt dưới 10% và được ký hiệu là n10.
Hình 2.6. Quan hệ giữa n10 và tải thứ cấp
Nếu dòng điện thứ cấp giảm (Z2 tăng) thì bội số dòng điện giảm.
Ở chế độ làm việc định mức của máy biến dòng (mạch thứ cấp có tải Z2), dòng điện từ hóa rất bé, dưới 1% dòng định mức I1, biên độ từ cảm trong lõi
thép thấp, dòng điện I2 làm nhiệm vụ khử từ, cân bằng với dòng tải I1. Nếu hở mạch thứ cấp (I2 = 0), vai trò khử từ của nó không còn, nên toàn bộ sức từ động I1w1 làm nhiệm vụ từ hóa lõi thép, làm lõi thép bão hòa lớn, dạng sóng của từ cảm B(w2) có dạng xung vuông, có giá trị lớn vì cuộn dây thứ cấp w2 có số vòng lớn, nên nó sẽ cảm ứng ra điện áp U2 có biên độ rất cao, đến hàng chục kV, nguy hiểm cho các thiết bị thứ cấp và người vận hành ở phía thứ cấp. Trên hình 2.7 cho quan hệ giữa từ cảm B và sức điện động e2 theo thời gian t của trường hợp này. Vì vậy, máy biến dòng không bao giờ được để hở mạch phía thứ cấp, do đó cũng không cần cầu chì bảo vệ phía thứ cấp.
Hình 2.7. Quan hệ giữa từ cảm và sức điện động
Để chống hiện tượng bão hòa trong mạch từ, người ta còn chế tạo máy biến dòng có khe hở không khí, còn gọi là máy biến dòng tuyến tính. Ưu điểm của loại máy biến dòng này là giảm hằng số thời gian điện từ, nhanh chóng giảm từ thông dư trong mạch từ sau khi xảy ra sự cố.
Máy biến dòng với mạch từ có khe hở không khí mạch từ làm giảm điện cảm của mạch từ hóa do đó làm giảm giảm được tiết diện lõi thép mạch từ so với các biến dòng có mạch từ kín.
Hiện nay người ta chế tạo loại biến dòng có khe hở bé (thường có 2 khe hở nhỏ với tổng chiều rộng của khe khoảng 0,12mm) và loại có khe hở lớn (nhiều khe hở với tổng chiều rộng khoảng 7,5-10mm). Máy biến dòng có khe hở để giảm từ thông dư Φr trong mạch từ của biến dòng sau khi dòng điện sự cố đã bị cắt. Trong máy biến dòng thông thường với mạch từ khép kín, sau khi cắt dòng điện sơ cấp, từ thông dư có thể tồn tại rất lâu tùy theo dấu của từ thông khi đóng lại dòng điện sơ cấp mà mạch từ có thể bão hòa hay không. Trong trường hợp từ thông ở nửa chu kỳ đầu sau khi đóng lại, dòng điện cùng dấu với từ thông dư thì mạch từ của biến dòng có thể bị bão hòa ngay lập tức.
Máy biến dòng với khe hở có hể giảm hệ số từ dư Kr xuống còn khoảng 0,1 (thay vì 0,8 đối với biến dòng thông thường) và hằng số thời gian của biến dòng xuống còn 0,1-1s. Như vậy kích thước của máy biến dòng sẽ giảm rất đáng kể. Để cải thiện hơn đặc tính làm việc của máy biến dòng trong quá trình quá độ, người ta còn chế tạo loại máy biến dòng với mạch từ có khe hở lớn. Máy biến dòng có khe hở lớn còn được gọi là máy biến dòng tuyến tính.
Loại máy biến dòng tuyến tính có tiết diện lõi thép bé hơn nhiều so với loại thông thường. Từ thông dư trong lõi thép biến dòng tuyến tính giảm xuống gần giá trị 0 và hằng số thời gian bé hơn 60 ms. Nhược điểm chính của loại biến dòng này là truyền thành phần một chiều trong dòng điện sự cố không chính xác và thành phần một chiều có thể duy trì trong dòng điện thứ cấp sau khi đã cắt mạch thứ cấp.
Các máy biến dòng có khe hở nên dùng cho các sơ đồ bảo vệ các thành phần trong hệ thống điện có công suất lớn, vì nếu dùng biến dòng thông thường khả năng mạch bão hòa sẽ rất cao làm cho các bảo vệ tác động có thời gian tác động nhầm.
tử có công suất lớn và cho một số sơ đồ bảo vệ so lệch thanh góp.
Các máy biến dòng đôi khi còn phân loại theo khả năng đáp ứng đối với quá trình quá độ (Transient Performance). Theo khả năng này máy biến dòng được chia ra các loại:
TPX - bao gồm các loại biến dòng thông thường có mạch từ kín được thiết kế tăng cường hệ số quá độ.
TPY - bao gồm các loại biến dòng có khe hở không khí bé.
TPZ - bao gồm các loại biến dòng có khe hở không khí lớn hay còn gọi là biến dòng tuyến tính.
Bảng 2.4. Thông số và đặc tính của các loại máy biến dòng kiểu TPX, TPY, TPZ
Thông số và đặc tính Loại biến dòng TPX TPY TPZ Sai số về biên độ fi 1% 1% 1% Sai số về góc pha i 60 ' 60 ' 180' 6s Hệ số từ dư Kr 0,8 0,1 0
Hằng số thời gian T Vài giây 0,1 1s 60 6s
Chuyển đổi thành
phần một chiều Chính xác
Tương đối chính
xác Kém