Vị trí Giá trị (x, y, z) C1 0mm, 0mm, (Hw+2*byw)/2 C2 0mm, 0mm, ((g-1)/2*lc+(g-2)/2*lg/g) C3 0mm, 0mm, ((g-3)/2*lc+(g-4)/2*lg/g) C4 0mm, 0mm, ((g-5)/2*lc+(g-6)/2*lg/g) C5 0mm, 0mm, -((g-5)/2*lc+(g-4)/2*lg/g) C6 0mm, 0mm, -((g-3)/2*lc+(g-2)/2*lg/g) C7 0mm, 0mm, -(Hw+2*byw)/2
4.5.3 Phân tích ảnh hưởng của khoảng cách giữa các khe hở tới thông số điện cảm thông số điện cảm
Với trường hợp đầu tiên, tỉ lệ giữa tiết diện với chiều dài khe hở Ag/lg = 0,5, kết quả tính toán giá trị điện cảm ứng với số lượng khe hở khác nhau thể hiện trên
Hình 4.27. Ứng với mỗi mô hình có số lượng khe hở khác nhau, luận án thực hiện
nghiên cứu xác định giá trị điện cảm L khi thay đổi khoảng cách giữa hai khe hở cạnh nhau tăng từ giá trị Hg_Min tới Hg_Max. Kết quả với tất cả các mô hình có số lượng khe hở khác nhau đều cho thấy, khi khoảng cách giữa các khe hở Hg tăng dần từ giá trị Hg_Min thì điện cảm giảm dần, kết quả này cho thấy từ trường tản xung quanh các khe hở cũng giảm dần, điện cảm tản giảm dần. Tuy nhiên, sau khi điện cảm giảm dần và đạt giá trị cực tiểu L_min, nếu tiếp tục tăng khoảng cách giữa các khe hở Hg tới giá trị cực đại Hg_max thì giá trị điện cảm không giảm tiếp mà lại tăng lên. Trên đường cong quan hệ giữa giá trị điện cảm và khoảng cách giữa các khe hở, gọi Hg_opt là khoảng cách giữa các khe hở tại đó điện cảm đạt giá trị cực tiểu.
Hình 4.27 Quan hệ giữa điện cảm L theo khoảng cách giữa các khe hở Hg ứng với từng trường hợp số khe hở khác nhau
Hình 4.28 Đặc tính quan hệ giữa các giá trị khoảng cách giữa các khe hở và giá trị điện cảm L_min ứng với số lượng khe hở trên trụ (trường hợp 1)
Giá trị Hg_opt của từng mô hình với số lượng khe hở thay đổi từ 2 đến 20 khe hở được tổng hợp trên Hình 4.28, giá trị này được so sánh với giá trị tính qua phương pháp giải tích Hg_Analytical. Kết quả cho thấy đường cong quan hệ giữa khoảng cách các khe hở tính theo phương pháp giải tích Hg_Analytical với số khe hở bám theo đường cong Hg_opt xác định từ mô hình mô phỏng.
Trên các đường đặc tính quan hệ giữa điện cảm L và khoảng cách Hg trên
Hình 4.28, khi chọn giá trị điện cảm trong lân cận với sai khác 0,1% so với giá trị
điện cảm cực tiểu, xác định được dải giá trị khoảng cách giữa các khe hở từ giá trị cận dưới Hg-lo đến giá trị cận trên Hg-up, là cơ sở giúp các nhà chế tạo lựa chọn dải giá trị phù hợp thay vì duy nhất một giá trị. Ví dụ với trường hợp có 10 khe hở trên trụ, có thể chọn khoảng cách giữa các khe hở Hg trong khoảng từ 194 mm đến 206 mm sẽ đạt được giá trị điện cảm với sai khác trong khoảng 0,1% so với giá trị điện cảm cực tiểu. Quan hệ giữa các giá trị khoảng cách Hg_opt, Hg_Analytical, Hg-lo và Hg-up theo số lượng khe hở trên trụ cũng được biểu diễn trên Hình 4.28. Kết quả từ Hình 4.28 cho thấy, ở trường hợp 1 với tỉ lệ Ag/lg = 0,5, khi chia số khe hở từ 10 khe trở lên, khoảng cách giữa các khe Hg_Analytical khi tính theo phương pháp giải tích đều có giá trị nằm trong dải từ Hg-lo đến Hg-up, tức đạt được giá trị điện cảm trong lân cận sai số 0,1% so với giá trị điện cảm cực tiểu.
Quan hệ giữa giá trị điện cảm L_min ứng với từng số lượng khe hở trên trụ cũng được biểu diễn cùng trên Hình 4.28, kết quả cho thấy, với số lượng khe hở nhỏ thì điện cảm tản lớn, dẫn đến điện cảm tổng lớn như đã phân tích ở phần trước. Khi tăng số lượng khe hở thì điện cảm giảm rõ rệt, do khi tăng số khe thì từ dẫn tổng vùng lân cận xung quanh khe hở giảm, hay ngược lại từ trở vùng xung quanh khe
hở tăng, dẫn đến giảm từ thông tản và điện cảm tản. Với trường hợp này, khi chia thành 11 khe hở
nhỏ sẽ đạt được giá trị điện cảm theo yêu cầu. khi đó khoảng cách giữa các khe để đạt được giá trị điện cảm cực tiểu là Hg_opt = 184,6 (mm). Có thể lựa chọn khoảng cách giữa các khe Hg trong khoảng từ 177 mm đến 187 mm hoặc tính theo phương pháp giải tích là 177,6 (mm).
Thực hiện nghiên cứu tương tự với các trường hợp khác có các thông số trong Bảng 4.3, kết quả từng trường hợp thể hiện trong các hình Hình 4.29, Hình
4.30, Hình
4.31 và Hình 4.32.
Hình 4.29 Quan hệ giữa khoảng cách giữa các khe hở và điện cảm L_min ứng với số khe hở “g” (trường hợp 2)
Hình 4.30 Quan hệ giữa khoảng cách giữa các khe hở và điện cảm L_min ứng với số khe hở “g” (trường hợp 3)
Hình 4.31 Quan hệ giữa khoảng cách giữa các khe hở và điện cảm L_min ứng với số khe hở “g” (trường hợp 4)
Hình 4.32 Quan hệ giữa khoảng cách giữa các khe hở và điện cảm L_min ứng với số khe hở “g” (trường hợp 5)
Kết quả từ các trường hợp có tiết diện và chiều dài khe hở khác nhau đều đưa ra dải lựa chọn khoảng cách giữa các khe hở từ Hg-lo đến Hg-up ứng với số lượng khe hở khác nhau để cực tiểu điện cảm. Khi số khe hở đủ lớn để đạt giá trị điện cảm theo yêu cầu thì khoảng cách giữa các khe hở được tính theo giải tích Hg_Analytical đều có giá trị nằm trong dải từ Hg-lo đến Hg-up, tức đạt được giá trị điện cảm trong lân cận sai số 0,1% so với giá trị điện cảm cực tiểu.
Hình 4.33 đưa ra mối quan hệ giữa số lượng khe hở cần chia nhỏ trên trụ với
Ở trường hợp 1, có Ag/lg = 0,5, khi đó chiều dài tổng khe hở lg = 546 (mm) có giá trị lớn nhất trong 5 trường hợp, cần chia tới 11 khe hở, trong khi ở trường hợp 5, có Ag/lg = 1,5, khi đó chiều dài tổng của khe hở lg giảm đáng kể so với trường hợp 1, lg = 315 (mm), chỉ cần chia thành 7 khe hở trên trụ đã đạt được điện cảm yêu cầu. Kết quả nghiên cứu
Hình 4.33 Quan hệ giữa số lượng khe hở trên trụ với tỉ lệ giữa tiết diện và chiều dài khe hở Ag/lg
này cho ra bức tranh quan hệ giữa khoảng cách giữa các khe hở trên trụ tới giá trị điện cảm ứng với từng trường hợp số lượng khe hở, từ đó lựa chọn dải khoảng cách phù hợp giữa các khe hở nhằm đạt cực tiểu điện cảm qua đó đạt công suất yêu cầu của CKBN.
4.6 Kết luận chương
Nội dung chương 4 đã thực hiện nghiên cứu phân tích đánh giá ảnh hưởng của thông số khe hở ( tiết diện, chiều dài, số lượng và khoảng cách giữa các khe hở) đến đặc tính điện từ của CKBN, sự phân bố từ cảm trên các khối trụ với các kiểu ghép lá thép khác nhau, phân tích và đề xuất kiểu ghép lá thép phù hợp để chế tạo
các khối trụ của CKBN. Luận án đã nghiên cứu lực điện từ tác động trên bề mặt các khối trụ, qua đó xác định ứng suất lực nén lên các tấm ngăn đặt trong khe hở ngăn cách giữa các khối trụ, xác định quan hệ giữa ứng suất lực theo từ cảm, là cơ sở giúp các nhà thiết kế, các hãng chế tạo phối hợp lựa chọn từ cảm mạch từ và vật liệu phù hợp cho các tấm ngăn cách. Chương này cũng nghiên cứu đưa ra đặc tính và đa thức quan hệ giữa số lượng khe hở trên trụ theo công suất và điện áp, đưa ra dải lựa chọn chiều dài mỗi khe hở theo các cấp điện áp cao áp và siêu cao áp. Tiếp theo, việc phân bố khe hở trên trụ hay xác định khoảng cách giữa các khe hở thế nào đã được nghiên cứu và phân tích chi tiết. Từ kết quả nghiên cứu, luận án đưa ra dải lựa chọn khoảng cách giữa các khe hở phù hợp để giảm từ trường tản, đạt cực tiểu điện cảm, qua đó đạt công suất yêu cầu của CKBN. Các kết quả chương 4 được công bố trong bài báo số [3], [4] và [5].
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Đóng góp khoa học của luận án
Toàn bộ nội dung luận án bao gồm có 04 chương, tác giả đã áp dụng phương pháp giải tích để xác định thông số kích thước và phương pháp số để thực hiện mô hình hóa và mô phỏng, nghiên cứu các quá trình điện từ của CKBN dùng trong lưới điện cao áp và siêu cao áp. Luận án đã có một số đóng góp mới với những kết quả đạt được như sau:
- Nghiên cứu đưa ra được đặc tính và đa thức quan hệ giữa tỉ lệ điện cảm rò so với điện cảm tổng theo công suất, điện áp và hệ số hình dáng dây quấn của CKBN. (Đa thức 3.37, 3.38, 3.39).
- Nghiên cứu xác định được kiểu ghép lá thép các khối thép trụ phù hợp với CKBN có công suất lớn dùng trong lưới điện cao áp.
- Đưa ra phân bố lực điện từ tác động trên bề mặt các khối trụ, mối quan hệ giữa lực điện từ hay ứng suất lực nén lên các tấm ngăn cách giữa các khối trụ theo giá trị từ cảm trên trụ, là cơ sở giúp các nhà thiết kế, các hãng chế tạo phối hợp lựa chọn các tấm ngăn cách giữa các khối trụ theo từ cảm mạch từ. (Hình 4.14, 4.15).
- Nghiên cứu đưa ra được đặc tính và đa thức xác định số lượng khe hở trên trụ theo công suất và điện áp, đưa ra dải lựa chọn chiều dài mỗi khe hở theo các cấp điện áp cao áp và siêu cao áp để giảm từ trường tản, điện cảm tản và điện cảm tổng, qua đó đạt công suất phản kháng của CKBN. (Đa thức 4.13, hình 4.24 và 4.25).
- Nghiên cứu xác định được dải lựa chọn khoảng cách phù hợp giữa các khe hở với các trường hợp có tiết diện hay đường kính trụ và chiều dài khe hở khác nhau, giúp các nhà thiết kế, các hãng chế tạo có cơ sở lựa chọn vị trí các khe hở trên trụ. (Hình 4.28 đến 4.32).
Hướng phát triển tiếp theo của luận án
Nghiên cứu có thể phát triển tiếp theo các hướng như sau:
- Nghiên cứu cấu trúc dây quấn phù hợp với cấu trúc mạch từ có khe hở khác nhau. - Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số khe hở trên mạch từ đến đặc tính nhiệt
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] EVN, “Tập đoàn điện lực Việt Nam ‘https://www.evn.com.vn.’”
[2] Zahra Norouzian, “Shunt Reactors: Optimizing Transmission Voltage System,” ABB Transformers and Reactors. ABB Transformers and Reactors, 2016.
[3] G. Deb, “Ferranti Effect in Transmission Line,” International Journal of Electrical and Computer Engineering (IJECE), vol. 2, no. 4, pp. 447–451, 2012.
[4] A. D. S. Sri, “Depiction and Compensation of Ferranti Effect in Transmission Line,” International Journal for Research in Applied Science and Engineering Technology, vol. 6, no. 3, pp. 1522–1526, Mar. 2018, doi: 10.22214/ijraset.2018.3234.
[5] Reshma Tarannum and Rashmi Singh, “Reducing Ferranti Effect in Transmission Line using Dynamic Voltage Restorer,” International Conference on Science and Engineering for Sustainable Development (ICSESD-2017), pp. 45–50, 2017.
[6] C. S. Indufiar, “Required Shunt Compensation for an EHV Transmission Line Sending-end System,” in IEEE Power Engineering Review, vol. 19, no. 9, pp. 61-62, Sept. 1999, doi: 10.1109/MPER.1999.1236746.
[7] J. Dixon and R. Domke, “Reactive Power Compensation Technologies, State- of-the-Art Review,” in Proceedings of the IEEE, vol. 93, no. 12, pp. 2144- 2164, Dec. 2005, doi: 10.1109/JPROC.2005.859937.
[8] N. Vijaysimha, P. Suman, and P. Kumar, “Shunt Compensation on EHV Transmission Line,” 2013. [Online]. Available: www.ijareeie.com
[9] Jinhao Hu, Pei Yuan, Xin Li, and Yun Liu, “Analysis on the Necessity of High- Voltage Shunt Reactors in Power Grid,” 2020 10th International Conference on Power and Energy Systems (ICPES), 2020, pp. 83-87, doi: 10.1109/ICPES51309.2020.9349640., 2020.
[10] Zoran Gajić, Birger Hillström, and Fahrudin Mekić, “HV Shunt Reactor Secrets For Protection Engineers,” 30th Western Protective Relaying Conference Spokane, Washington October 21-23, 2003.
[11] P. Fernandez, E. Hávila Rose, A. Castanheira, and A. D`Ajuz, “Brazilian Successful Experience in the Usage of Current Limiting Reactors for Short- Circuit Limitation.” Mar. 2014.
[12] James H. Harlow, Electric Power Transformer Engineering. CRC Press LLC, 2004.
[13] Trench Group, “https://trench-group.com/products/air-core-shunt-reactors/,” 2021.
[14] Siemens AG Power Transmission and Distribution, “Shunt reactors for medium and high voltage networks.”
[15] “IEEE C37.015-2017 - IEEE Guide for the Application of Shunt Reactor Switching.” 2017. Accessed: Dec. 20, 2021. [Online]. Available:
http://standards.ieee.org
[16] IEC, “IEC 60076-6-Reactors.” INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION, 2007.
[17] Nguyễn Văn Đại, “Nghiên cứu tính chọn thông số cho cuộn kháng bù ngang đường dây 500 kV,” 2011.
[18] Lê Thành Chung, “Nghiên cứu chế độ vận hành kháng bù ngang trên đường dây 500kV Việt Nam,” 2014.
[19] R. Jez and A. Polit, “Influence of air-gap length and cross-section on magnetic circuit parameters,” the 2014 COMSOL Conference in Cambridge, 2014.
[20] R. Jez, “Influence of the Distributed Air Gap on the Parameters of an Industrial Inductor,” IEEE Transactions on Magnetics, vol. 53, no. 11, Nov. 2017, doi: 10.1109/TMAG.2017.2699120.
[21] S. Saizen, K. Hashiba, and M. Iwagami, “500kV 50MVA SHUNT REACTORS FOR CTM, ARGENTINA,” 1979.
[22] T. Fujimoto, I. Tanaka, H. Takahashi, and K. Ohkubo, “800KV 2000MVA TRANSFOMER AND 400MVAR SHUNT REACTOR,” 1986.
[23] A. Balakrishnan, W. T. Joines, and T. G. Wilson, “Air-Gap Reluctance and Inductance Calculations for Magnetic Circuits Using a Schwarz-Christoffel Transformation,” 1997.
[24] A. van den Bossche, V. Valchev, and T. Filchev, “Improved approximation for fringing permeances in gapped inductors,” 2002. doi: 10.1109/IAS.2002.1042670.
[25] M. Kuwata, S. Nogawa, N. Takahashi, D. Miyagi, and K. Takeda, “Development of molded-core-type gapped iron-core reactor,” in IEEE Transactions on Magnetics, Oct. 2005, vol. 41, no. 10, pp. 4066–4068. doi: 10.1109/TMAG.2005.854864.
[26] S. Nogawa, M. Kuwata, T. Nakau, D. Miyagi, and N. Takahashi, “Study of modeling method of lamination of reactor core,” in IEEE Transactions on
Magnetics, Apr. 2006, vol. 42, no. 4, pp. 1455–1458. doi: 10.1109/TMAG.2006.872493.
[27] S. Nogawa et al., “Study of eddy-current loss reduction by slit in reactor core,” in IEEE Transactions on Magnetics, May 2005, vol. 41, no. 5, pp. 2024–2027. doi: 10.1109/TMAG.2005.846267.
[28] M. Christoffel, “The Design and Testing of EHV Shunt Reactors,” IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, vol. PAS-86, no. 6, pp. 684– 692, 1967, doi: 10.1109/TPAS.1967.291879.
[29] J. P. Vora and B. L. Johnson, “A New Shunt Reactor Principle Proved: Designed Data and Factory Test Results for Units Built on The Insulated Core Principle,” in IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, vol. PAS- 92, no. 3, pp. 900-906, May 1973, doi: 10.1109/TPAS.1973.293655., 1973. [30] H. Yue, Y. Xu, Y. Liu, Y. Zhu, and X. Xiao, “Study of nonlinear model of
shunt reactor in 1000kV AC transmission system,” in 2009 International Conference on Energy and Environment Technology, ICEET, 2009, vol. 2, pp. 305–308. doi: 10.1109/ICEET.2009.312.
[31] A. Alabakhshizadeh and O. Midtgård, “Air gap fringing flux reduction in a high frequency inductor for a solar inverter,” 2013 IEEE 39th Photovoltaic Specialists Conference (PVSC), pp. 2849–2852, 2013, doi: 10.1109/PVSC.2013.6745065.
[32] A. Ayachit and M. K. Kazimierczuk, “Sensitivity of effective relative permeability for gapped magnetic cores with fringing effect,” IET Circuits, Devices and Systems, vol. 11, no. 3, pp. 209–215, May 2017, doi: 10.1049/iet- cds.2016.0410.
[33] L. M. Escribano, R. Prieto, J. A. Oliver, J. A. Cobos, and J. Uceda, “New modeling strategy for the fringing energy in magnetic components with air gap,” APEC. Seventeenth Annual IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition (Cat. No.02CH37335), vol. 1, pp. 144–150, 2002, doi: 10.1109/APEC.2002.989240.
[34] V. Valchev, A. van den Bossche, and T. Filchev, “2-D FEM Tuned Analytical Approximation for Fringing Permeances,” Scientific Computing in Electrical Engineering. Mathematics in Industry, vol. 4, 2004, doi: doi.org/10.1007/978- 3-642-55872-6_44.
[35] E. Stenglein and M. Albach, “The Reluctance of Large Air Gaps in Ferrite Cores,” 2016 18th European Conference on Power Electronics and
Applications (EPE’16 ECCE Europe), pp. 1–8, 2016, doi: 10.1109/EPE.2016.7695271.
[36] K. Dawood, G. Komurgoz, and F. Isik, “Evaluation of the Electromagnetic Forces in the Shunt Reactor by using Finite Element Analysis,” 2020 International Conference on Electrical Engineering (ICEE), pp. 1–6, Sep. 2020, doi: 10.1109/ICEE49691.2020.9249871.
[37] L. Lu, H. Cao, X. Wu, Y. Wang, J. Hu, and C. Chen, “Simulation Analysis of Electromagnetic Force of Winding of UHV Shunt Reactor,” in 2021 IEEE 4th International Conference on Automation, Electronics and Electrical
Engineering (AUTEEE), 2021, pp. 693–698. doi:
10.1109/AUTEEE52864.2021.9668721.
[38] A. van den Bossche and V. Valchev, “Eddy current losses and inductance of gapped foil inductors,” IEEE 2002 28th Annual Conference of the Industrial Electronics Society, vol. 2, pp. 1190–1195, 2002, doi: