CHƯƠNG 6 : BẢO VỆ MÁY BIẾN ÁP
6.7 BẢO VỆ QUÁ NHIỆT CHO MÁY BIẾN ÁP
Khi làm việc, tổn thất công suất máy biến áp biến thành nhiệt năng. Tổn thất công suất máy biến áp bao gồm:
P = PCu + PFe = PFe(1 + b) (6-9)
trong đó
PCu là tổn hao do cuộn dây máy biến áp tạo nên PFe là tổn hao do dịng điện xốy trong lõi thép tạo nên
Fe Cu P P
b là tỷ số tổn hao công suất trong cuộn dây và lõi thép khi phụ tải định mức (b = 2 6)
P = PFe(1 + bk2). (6-10) trong đó :
đm
S S
k là phụ tải tương đối của máy biến áp Sđm là công suất định mức của máy biến áp
Độ tăng nhiệt độ của dầu lớp trên cùng so với nhiệt độ môi trường làm mát với phụ tải tương đối k có thể xác định theo biểu thức:
m 2 dđđ đ 1 b bk 1 (6-11) trong đó :
dđm là độ tăng nhiệt độ của dầu khi phụ tải định mức
m là số mũ phụ thuộc vào hệ thống làm mát máy biến áp. Nếu làm mát bằng dầu tuần hoàn tự nhiên m = 0,8. Nếu làm mát bằng dầu tuần hồn tự nhiên có quạt gió m = 0,9. Nếu làm mát bằng dầu tuần hoàn cưỡng bức m = 1,0. Nếu làm mát bằng dầu tuần hoàn cưỡng bức và nước m = 1,0.
Độ tăng nhiệt độ của cuộn dây so với nhiệt độ của dầu tỷ lệ với tổn hao công suất trong cuộn dây theo luỹ thừa bậc n. Mặt khác tổn hao công suất trong cuộn dây tỷ lệ với bình phương phụ tải. Do đó:
C = Cđm.k2n (6-12)
trong đó : Cđm - độ tăng nhiệt độ cuộn dây ở điểm nóng nhất so với nhiệt độ dầu lớp trên cùng khi phụ tải định mức. Trong tính tốn gần đúng có thể coi n = m.
Vậy độ tăng nhiệt độ cuộn dây tại điểm nóng nhất so với nhiệt độ mơi trường làm mát với hệ số phụ tải tương đối k bằng:
C = d + C (6-13)
Sự phụ thuộc c, d vào phụ tải ở chế độ xác lập đối với máy biến áp có hệ thống làm mát khác nhau được mơ tả trên Hình vẽ 6-6
Hình vẽ 6-6: Sự phụ thuộc độ tăng nhiệt độ của dầu so với nhiệt độ môi trường làm mát và độ tăng nhiệt độ cuộn dây so với nhiệt độ của dầu vào phụ tải xác lập.
50 100 0C 0,5 1,0 1,5 k d c (1) (2) (3) (4) (5)
Đường 1, 4 hệ thống làm mát bằng dầu tuần hoàn tự nhiên. Đường 2, 3, 5 hệ thống làm mát bằng dầu tuần hoàn cưỡng bức
Thực nghiệm cho thấy rằng, nguồn nhiệt chủ yếu toả ra từ cuộn dây chiếm khoảng 80% tổn hao tổng.
Khi nhiệt độ điểm nóng nhất của cuộn dây máy biến áp bằng 980C thì thời gian phục vụ của cách điện bằng khoảng 20 25 năm. Nhiệt độ điểm nóng nhất của cuộn dây cao hơn nhiệt độ trung bình của nó là 130C. Như vậy, nhiệt độ trung bình của cuộn dây trong điều kiện vận hành ở công suất định mức 850C. Nhiệt độ điểm nóng nhất của dầu (lớp trên cùng) bằng khoảng 550C. Độ tăng nhiệt độ điểm nóng nhất của cuộn dây so với nhiệt độ của dầu bằng khoảng 230C và so với khơng khí xung quanh bằng : 550C + 230C = 780C.
Do đó nhiệt độ điểm nóng nhất của cuộn dây trong điều kiện vận hành công suất định mức sẽ là 780C + 200C = 980C. Với nhiệt độ này máy biến áp có thể làm việc suốt thời gian phục vụ của nó.
Đối với máy biến áp ngồi cơng suất định mức cịn có khái niệm khả năng tải. Chế độ làm việc của máy biến áp không gây ra sự già cỗi cách điện nhanh chóng và giảm bớt thời gian phục vụ của nó gọi là chế độ làm việc lâu dài cho phép, chế độ làm việc gây ra hao mịn cách điện nhanh chóng và rút ngắn thời hạn phục vụ của máy biến áp gọi là quá tải. Khi quá tải nhiệt độ điểm nóng nhất không vượt quá trị số nguy hiểm gọi là quá tải cho phép. Để xem xét khả năng phụ tải của máy biến áp trong điều kiện nhất định cần phải xác định nhiệt độ có thể đạt tới của dầu và của cuộn dây.
Thời hạn phục vụ của máy biến áp là thời gian kể từ lúc nó bắt đầu làm việc cho đến khi cách điện bị huỷ hoại hoàn toàn. Đối với máy biến áp do Liên Xô (cũ) chế tạo thời hạn phục vụ của nó khoảng 20 25 năm, ứng với nhiệt độ mơi trường là 200C và nhiệt độ điểm nóng nhất của cuộn dây trong điều kiện vận hành công suất định mức là 980C.
Thực tế nhiệt độ môi trường không phải lúc nào cũng là 200C, ngoài ra phụ tải máy biến áp luôn thay đổi hàng ngày, hàng năm, trong đó số ngày phụ tải nhỏ hơn định mức lớn hơn 20 25 năm. Vì vậy trong vận hành có thể cho máy biến áp làm việc với phụ tải lớn hơn định mức một lượng nào đó, nghĩa là máy biến áp được phép quá tải mà thời gian phục vụ của nó khơng giảm đi.
Khi q tải bình thường, nhiệt độ điểm nóng nhất của cuộn dây có thể lớn hơn (trong những giờ phụ tải cực đại) nhưng khơng vượt q 1400C và nhiệt độ lớp dầu phía trên không vượt quá 950C.
Trong điều kiện sự cố cho phép máy biến áp (với bất kỳ hệ thống làm mát nào, không phụ thuộc môi trường làm mát) làm việc trong thời gian 5 ngày đêm với hệ số quá tải là 1,4 công suất định mức.
Dưới đây là sơ đồ bảo vệ quá nhiệt cho máy biến áp.
Bộ cảm biến nhiệt độ 1 có thể chế tạo từ chất bán dẫn platin đặt ở phía trên thùng dầu máy biến áp. Khi nhiệt độ máy biến áp tăng lên từ 700C đến 750C. Bộ khuếch đại 4 đóng quạt gió, nếu nhiệt độ tiếp tục tăng bộ khuếch đại 6 đóng bơm dầu tuần hồn. Nếu nhiệt độ tiếp tục tăng bộ khuếch đại 3 cho tín hiệu và đo lường nhiệt độ cho nhân viên vận hành biết tìm biện pháp xử lý như giảm bớt phụ tải. Sau khi giảm bớt phụ tải mà nhiệt độ máy biến áp tiếp tục tăng đến 1170C tương ứng với nhiệt độ cao nhất ở cuộn dây 1170C + 230C = 1400C, bộ tích phân thời gian sẽ làm việc, theo quy định với nhiệt độ này máy biến áp làm việc trong 6 giờ sẽ cho tín hiệu tới bộ khuếch đại 2 cắt máy biến áp.
Hình vẽ 6-7: Sơ đồ bảo vệ quá nhiệt máy biến áp