5. Cấu trúc nội dung của luận án
2.5.1 Tính dòng ngắn mạch trên các cuộn dây
Trường hợp MBA đang làm việc với điện áp sơ cấp định mức Uđm, nếu phía thứ cấp xảy ra ngắn mạch (như các vòng dây quấn chập nhau, đứt dây, chạm đất...) được gọi là ngắn mạch vận hành (ngắn mạch sự cố). Lúc này toàn bộ điện áp định mức đặt lên tổng trở ngắn mạch rất nhỏ của MBA nên dòng điện ngắn mạch xác lập In sự cố sẽ rất lớn.
Ở MBA ba pha có hai trường hợp xảy ra ngắn mạch là ngắn mạch đối xứng và không đối xứng. Trong hầu hết các trường hợp ngắn mạch không đối xứng, dòng điện ngắn mạch không vượt quá trị số dòng điện ngắn mạch đối xứng, chỉ trừ trường hợp, khi tổ nối dây sao – sao ziczac, ngắn mạch một pha dây quấn sao ziczac có dòng điện ngắn mạch lớn hơn dòng ngắn mạch đối xứng khoảng 40% (vì tổ nối dây Yz chỉ dùng khi công suất MBA nhỏ, chỉ lưu ý lắp đặt chèn ép tốt, không ảnh hưởng xấu đến MBA). Từ phân tích trên ta chỉ cần xem xét trạng thái ngắn mạch nguy hiểm nhất là ngắn mạch đối xứng [53].
𝐼𝑛 = 𝐼đ𝑚. 100 𝑢𝑘%
(2.92)
Ta xét trạng thái quá độ của các pha mà tại đó dòng điện quá độ đạt giá trị lớn nhất, dòng điện quá độ đạt giá trị cực đại khi = 0. Giá trị tức thời của dòng điện quá độ được thiết lập bởi công thức [53]:
𝑖 = 𝐼𝑛√2 [sin(𝜔𝑡 − 𝜑𝑛) + sin(𝜑𝑛) . 𝑒− 𝑅𝑛 𝑋𝑛𝜔𝑡 ] (2.93) Trong đó: t (s) Thời gian
φn (rad) Góc pha của dòng điện Ω (rad/s) Tần số góc dòng điện In (A) Dòng điện ngắn mạch Uđm (V) Điện áp định mức Zn (Ω) Tổng trở ngắn mạch
Xn,Rn (Ω) Điện kháng và điện trở ngắn mạch
Với các thông số có được của MBA, ta tính toán giá trị điện kháng tản, điện trở ngắn mạch và dòng điện ngắn mạch như sau:
𝑅𝑛 = 𝑃𝑛 I12đ𝑚 = 50,24 (2.94) 𝑍𝑛 = 𝑈1𝑛 𝐼1đ𝑚 = 22000.0,06. √3 8,4 = 272,17 (2.95) 𝑍𝑛 = √𝑅𝑛2+ 𝑋𝑛2 → 𝑋𝑛 = 267,5 (2.96)
47
Góc φn được xác định bởi công thức: 𝜑𝑛 = 𝑎𝑟𝑐𝑡𝑔𝜔𝐿𝑡 𝑅 = 𝑎𝑟𝑐𝑡𝑔 𝑋𝑛 𝑅𝑛 = 1,3850 𝑟𝑎𝑑 (2.97) Hay φn = 79,350
Dòng điện ngắn mạch hiệu dụng theo công thức (2.92) ta có: - Cuộn CA: 𝐼𝑛𝐶𝐴 = 𝐼đ𝑚𝐶𝐴. 100 𝑢𝑘% = 8,42. 100 6 = 140,3 𝐴 (2.98) - Cuộn HA: 𝐼𝑛𝐻𝐴 = 𝐼đ𝑚𝐻𝐴. 100 𝑢𝑘% = 462. 100 6 = 7700 𝐴 (2.99)
Thay các giá trị có được từ (2.95), (2.98) và (2.99), vào công thức (2.93) và giải bằng phần mềm Matlab ta có:
Dòng điện ngắn mạch cuộn CA:
𝑖𝑛𝐶𝐴 = 140√2 [sin(100𝜋𝑡 − 1,385) + sin(1,385) . 𝑒− 50,324267,5.100𝜋𝑡] (2.100)
Hình 2.6 Dòng ngắn mạch cuộn CA
Dòng điện ngắn mạch cuộn HA
𝑖𝑛𝐻𝐴 = 7700√2 [sin(100𝜋𝑡 − 1,385) + sin(1,385) . 𝑒−
50,324
48
Hình 2.7 Dòng điện ngắn mạch cuộn HA
Hình 2.6 và Hình 2.7 cho thấy dạng sóng của dòng điện ngắn mạch của cuộn CA và HA. Trong đó: i: dòng điện ngắn mạch đỉnh có hai thành phần: biến thiên theo quy luật hình sin (i’) và không chu kỳ suy giảm theo thời gian (i’’). Dòng điện ngắn mạch đỉnh đạt giá trị cực đại ở chu kì đầu tiên và giảm dần ở những chu kì sau cho đến khi đạt giá trị xác lập, với giá trị cực đại ở Bảng 2.2.
Bảng 2.2 Bảng kết quảdòng điện ngắn mạch cực đại
Thông số Cuộn CA Cuộn HA
Dòng điện ngắn mạch cực đại Imax (A) 311,5 17090
Kết quả cho thấy rằng dòng điện quá độ cực đại trên cuộn HA cực đại là IHA_max=17090 A trong khi biên độ của dòng điện định mức là IHAđm= 462 A. Kết quả về dòng ngắn mạch cực đại trên cuộn CA và HA của MBA khô 320kVA sẽ được sử dụng để tính toán từ cảm tản trên các cuộn dây với từ thế vecto A, từ đó tìm ra ứng suất lực điện từ ngắn mạch tác dụng lên dây quấn CA và HA.