LỆCH VÀ CHỐNG CHẠM ĐẤT CHO MÁY BIẾN ÁP
Mã bài 19-05 Giới thiệu:
Trong cuộn sơ cấp của máy biến áp luôn có một dòng điện chạy qua, ngay cả khi cuộn thứ cấp hở mạch. Dòng điện này tạo ra từ thông Φ để máy biến áp hoạt động nên được gọi là dòng kích từ hoặc dòng từ hoá IM Đó là lý do hầu hết các máy biến áp được thiết kế sao cho lõi thép gần bão hòa khi từ thông có giá trị gần bằng -Φmax hoặc +Φmax . Dòng từ hóa của máy biến áp là một thành phần quan trọng của dòng không cân bằng, thay đổi một cách đột biến khi U tăng đột ngột (khi đóng máy cắt máy biến áp hoặc sau khi loại bỏ sự cố ngắn mạch). Giá trị của nó có thể đạt tới 6 ÷ 8 lần dòng định mức của máy biến áp. Ngoài đặc điểm tắt dần theo thời gian, dòng từ hóa còn chứa thành phần không chu kỳ và các sóng hài bậc cao. Để giảm giá trị của dòng từ hóa cần phải áp dụng các biện pháp đặc biệt như sử dụng máy biến áp bão hòa nhanh có tác dụng hạn chế thành phần không chu kỳ của dòng điện.
Bài học này cung cấp cho học viên các kiến thức, kỹ năng cơ bản về thí nghiệm hiện tượng nhẩy vọt từ hóa, bảo vệ so lệch và chống chạm đát cho máy biến áp
Mục tiêu:
- Trình bày được hiện tượng nhảy vọt từ hoá, một hiện tượng thông thường của tất cả các máy biến áp.
- Lắp đặt được hệ thống bảo vệ so lệch, bảo vệ chống chạm đất cho máy biến áp điện lực ba pha.
- Rèn luyện tính cẩn thận, tỉ mỉ, nghiêm túc trong công việc và đảm bảo an toàn cho người và thiết bị.
1.Hiện tượng nhảy vọt từ hoá máy biến áp
Mục tiêu:
- Trình bày được hiện tượng nhảy vọt từ hoá của tất cả các máy biến áp 1.1. Mục đích thí nghiệm
Sau khi hoàn thành bài thí nghiệm này, học viên biết được hiện tượng nhảy vọt từ hóa là một hiện tượng thong thường của tất cả các máy biến áp.
1.2. Tóm tắt lý thuyết
Hình 5-1 thể hiện dạng sóng của điện áp sơ cấp (EP), dòng từ hóa và từ thông trong máy biến áp khi để hở cuộn thứ cấp.
Hình 5-1. Dạng sóng của điện áp, dòng từ hóa và từ thông trong máy biến áp Ta thấy từ thống thay đổi từ giá trị cực âm (-Φmax) sang giá trị cực dương (+Φmax) trong nửa chu kỳ đầu của điện áp và ngược lại. Mặt khác, giá trị biến thiên của từ thông trong nửa chu kỳ của sóng điện áp bằng hai lần giá trị từ thông cực đại (2Φmax). (hình 5-1) cho thấy dòng từ hóa tăng nhanh khi từ thông tiến đến gần giá trị cực đại. Đó là lý do hầu hết các máy biến áp được thiết kế sao cho lõi thép gần bão hòa khi từ thông có giá trị gần bằng -Φmax hoặc +Φmax. (Hình 5-2) chỉ ra từ thông +Φmax hoặc -Φmax thì nằm trong vùng bão hòa trên đường đặc tính từ hóa của máy biến áp.
Hình 5-2. Đặc tính từ hóa của máy biến áp
(Hình 5-1) và (hình 5-2) cho thấy từ thông không giảm tới 0 khi giá trị của dòng từ hóa giảm tới 0. Giá trị từ thông này được gọi là từ dư (Φd). Giá trị từ dư phụ thuộc vào đặc tính từ hóa của máy biến áp. Khi công suất đặt vào cuộn sơ cấp, từ thông Φd có thể âm hoặc dương phụ thuộc vào thời điểm đóng máy biến áp.
Hình 5-3 thể hiện sự nhảy vọt dòng từ hóa trong máy biến áp khi máy biến áp được cấp nguồn. Trong thí dụ này, điện áp đặt vào ngay nửa chu kỳ dương của sóng điện áp và lúc đó từ dư đang có giá trị dương. Trong suốt nửa chu kỳ dương của sóng điện áp, từ thông tăng thấp hơn 2Φmax (do tổn thất trong mạch tăng), do đó giá trị lớn nhất nhỏ hơn (2Φmax + Φd). Đây là giá trị lớn nhất của từ thông làm cho lõi thép máy biến áp bão hòa và giá trị dòng từ hóa tăng đột ngột, vì đặc tính từ hóa của máy biến áp nằm từ cùng chuyển tiếp đến vùng bão hòa. Trong nửa đầu chu kỳ âm của sóng điện áp, từ thông giảm bằng 2Φmax và dòng từ hóa cũng giảm. Giá trị từ thông nhỏ hơn Φd và dòng từ hóa xấp xỉ bằng 0.
Hình 5-3. Nhảy vọt dòng từ hóa trong máy biến áp
Do tổn thất trong mạch, từ thông và dòng từ hóa từ từ trở về trạng thái cân bằng. Máy biến áp lớn, tỷ lệ tổn thất thấp hơn và thời gian yêu cầu dài hơn để trở lại trạng thái cân bằng. (Hình 5-4) thể hiện sự giảm dần của dòng từ hóa tới giá trị ở trạng thái thường trực trong khoảng 10 chu kỳ của sóng điện áp cấp cho máy biến áp. Tuy nhiên, trong thực tế thời gian yêu cầu để dòng từ hóa ổn định là 1s đối với máy biến áp nhỏ và nhiều giây đối với máy biến áp lớn.
Hiện tượng nhảy vọt từ hóa máy biến áp là một hiện tượng tức thời rất thườn xảy ra mỗi khi máy biến áp được cung cấp điện. Cường độ của dòng từ hóa phụ thuộc vào từ dư và góc pha của dạng sóng điện áp tại thời điểm máy biến áp được cấp điện. Hai thông số này sẽ xác định được mức độ tăng cao của từ thông và dòng điện từ hóa khi máy biến áp được cấp điện. Trường hợp xấu nhất khi hai thông số từ dư và góc lệch pha của dạng sóng điện áp thích hợp dẫn đến dòng nhảy vọt từ hóa khá cao. Các trường hợp còn lại đều dẫn đến cường độ của dòng từ hóa nahyr vọt thấp hơn. Do đó biên độ của dòng từ hóa tại thời điểm máy biến áp được cấp điện là không biết trước. Khi hiện tượng nhảy vọt từ hóa thấp, nó giống như dòng từ hóa ở trạng thái thường trực. Mặt khác, dòng từ hóa có thể lớn hơn 10 hoặc 100 dòng IM khi dòng điện từ hóa là đáng kể.
Tóm tắt thí nghiệm
Trong phần đầu của bài thực hành, lắp đặt các thiết bị lên EMS Workstation và Protective Relaying Control station.
Phần thứ hai, nối kết các thiết bị như (hình 5-5). Trong mạch này, cuộn sơ cấp máy biến áp được kết nối với nguồn cố định qua Ampe kế và điện trở shunt, cuộn thứ cấp máy biến áp để hở. Điện trở shunt nối với oscilloscope để quan sát dạng sóng của cuộn sơ cấp máy biến áp. Mở, tắt nguồn nhiều lần và ghi lại giá trị dòng sơ cấp của máy biến áp, so sánh dòng đỉnh từ hóa với dòng từ hóa định mức và dòng định mức của máy biến áp.
1.3. Thiết bị thí nghiệm
Power Supply, Faultable Transformers, AC Ammeter, AC Volmeter, EMS Workstation, Interconnection Module, oscilloscope, Protective Relaying Control Station, dây đai, dây cáp.
1.4. Trình tự thí nghiệm
1. Lắp đặt các thiết bị Power Supply, Faultable Transformers, AC Ammeter, AC Volmeter lên EMS Workstation.
Chắc chắn nguồn tắt và núm điều khiển điện áp ở vị trí 0. Nối Power Supply với nguồn ba pha.
2. Lắp mạch như (hình 5-5).
Trên Faultable Transformers, kết nối OUTPUT TO SCOPE của CURRENT SENSOR với oscilloscope.
Hình 5-5. Sơ đồ kết nối thiết bị trên Protective Relaying Control Station 3. Mở nguồn Power Supply.
Ghi lại giá trị dòng từ hóa của máy biến áp: Dòng từ hóa:---A
Tắt nguồn Power Supply.
4. Trên Ampe kế AC, chỉnh giải đo là 1,5A.
5. Mở nguồn Power Supply trong khi đó quan sát dòng điện cuộn sơ cấp máy biến áp ở Ampe kế I1.
Tắt nguồn Power Supply.
6. Lặp lại các thao tác trên ít nhất 10 lần.
Miêu tả hiện tượng xảy ra khi máy biến áp vừa được cấp nguồn.
--- --- --- 7. Lặp lai thao tác 5 ít nhất 10 lần. Mỗi lần ghi lại giá trị của dòng điện đỉnh hiển thị trên đồng hồ I1 vào (bảng 5 -2)
8. Quan sát các giá trị trong (bảng 5 -2). Có phải giá trị đỉnh của dòng điện thay đổi rất lớn khi máy biến áp vừa được cấp nguồn? Giải thích
--- So sánh giá trị đỉnh nhất trong (bảng 5-2) với dòng điện từ hóa được ghi ở bước 3 và giá trị dòng điện định mức sơ cấp của máy biến áp.
--- --- --- 9. Điều chỉnh bộ oscilloscope thích hợp để quan sát dạng sóng của dòng điện sơ cấp máy biến áp khi máy biến áp vừa được cấp nguồn.
10. Mở Power Supply sau đó tắt.
Quan sát dạng sóng hiển thị trên màn hình oscilloscope. Biết rằng dòng điện sơ cấp được sét qua điện trở 0,2Ω , đánh giá giá trị dòng điện đỉnh trong chu kỳ đầu tiên của dạng sóng.
--- --- --- 11. Lập lại các thao tác trên ít nhất 10 lần. Trong (hình 5-6) đến (hình 5-8) là những dạng sóng được quan sát trên oscilloscope khi giá trị định mức của điện áp ở cuộn sơ cấp là 120V.
Hình 5-6. Dạng sóng của dòng sơ cấp máy biến áp khi được cấp nguồn
So sánh giá trị đỉnh nhọn dòng điện với quan sát được ở chu kỳ đầu tiên của sóng dòng điện sơ cấp (khi xảy ra hiện tượng nhảy vọt từ hóa máy biến áp) với giá trị dòng từ hóa được ghi ở bước 4 và dòng sơ cấp định mức của máy biến áp.
Hình 5-7. Dạng sóng dòng sơ cấp của máy biến áp khi được cấp nguồn (dòng nhảy vọt trung bình)
Hình 5-8. Dạng sóng dòng sơ cấp của máy biến áp khi được cấp nguồn (không có dòng từ hóa nhảy vọt)
12. Tắt nguồn cung cấp Power Supply
Tắt nguồn DC Power Supply của Protective Relaying Control Station. Tháo rời tất cả các dây nối và cáp.
1.5. Kết luận
Bài thí nghiệm cho chúng ta biết được vẫn có dòng điện trong cuộn sơ cấp ngay cả khi tải không được kết nối với cuộn thứ cấp của máy biến áp. Dòng này được biết như dòng từ hóa, sinh ra từ thông cần thiết cho máy biến áp hoạt động. Ta cũng biết được rằng mỗi khi máy biến áp được đóng nguồn thì thường xảy ra hiện tượng nhảy vọt dòng điện từ hóa, cường độ dòng từ hóa thường không giống nhau trong mọi trường hợp. Dòng từ hóa nhảy vọt có thể giống như dòng điện từ hóa định mức của máy biến áp khi hiện tượng này là rất chậm. Nhưng trong một số trường hợp, dòng điện nhảy vọt có thể tăng gấp hàng chục đến hàng trăm dòng điện từ hóa định mức khi hiện tượng nhảy vọt từ hóa máy biến áp xảy ra dữ dội.
2. Bảo vệ so lệch máy biến áp điện lực ba pha
Mục tiêu:
- Lắp đặt được hệ thống bảo vệ so lệch máy biến áp điện lực ba pha - Kiểm tra/xác định được hư hỏng/ thay thế các linh kiệntrong mạch.
2.1. Mục đích thí nghiệm
Bài thí nghiệm giúp chúng ta làm quen với hệ thống bảo vệ so lệch cho máy biến áp.
2.2. Tóm tắt lý thuyết