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 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 tốn giá trị điện cảm ứng với số lượng khe hở khác nhau thể hiện trên Hình 4.27. Ứng với mỗi mơ hình có sốlượng khe hở khác nhau, luận án thực hiện nghiên cứu xác định giá trịđiện 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 mơ hình có sốlượng 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 từtrường 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 trịđiện 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
Giá trị Hg_opt của từng mơ hình với sốlượng khe hở thay đổi từ2 đến 20 khe hởđược tổng hợp trên Hình 4.28, giá trịnày được so sánh với giá trịtính qua phương pháp giải tích Hg_Analytical. Kết quả cho thấy đường cong quan hệ giữa khoảng cách các khe hởtính theo phương pháp giải tích Hg_Analytical với số khe hởbám theo đường cong Hg_opt xác định từ mơ hình mơ 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 trịđiện 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 sẽđạt được giá trịđiện cảm với sai khác trong khoảng 0,1% so với giá trịđiện cảm cực tiểu. Quan hệ giữa các giá trị khoảng cách Hg_opt, Hg_Analytical, Hg-lo và Hg-up theo sốlượng khe hở trên trụ cũng được biểu diễn trên Hình 4.28. Kết quả từ Hình 4.28 cho thấy, ởtrường 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 trịđiện cảm trong lân cận sai số 0,1% so với giá trịđiện cảm cực tiểu.
Quan hệ giữa giá trịđiện cảm L_min ứng với từng sốlượng khe hở trên trụcũng 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 sốlượng khe hởthì 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 hởtăng, dẫn đến giảm từ thông tản và điện cảm tản. Với trường hợp này, khi chia thành 11 khe hở
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)
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 thơng 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 từcác 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 sốlượng khe hởkhác nhau để cực tiểu điện cảm. Khi số khe hởđủ lớn đểđạt giá trịđiện 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 trịđiện 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 sốlượng khe hở cần chia nhỏ trên trụ với tỉ lệ giữa tiết diện-chiều dài khe hở Ag/lg nhằm đạt điện cảm hay công suất yêu cầu.
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 ởtrường 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
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 sốlượng khe hở, từđó lựa chọn dải khoảng cách phù hợp giữa các khe hở nhằm đạt cực tiểu điện cảm qua đó đạt cơng suất u cầu của CKBN.
4.6 Kết luận chương
Nội dung chương 4đã thực hiện nghiên cứu phân tích đánh giá ảnh hưởng của thông số khe hở ( tiết diện, chiều dài, sốlượng 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 từtác 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 rađặc tính và đa thức quan hệ giữa sốlượng 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 trụhay 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 cơng suất u cầu của CKBN. Các kết quảchương 4 được công bố trong bài báo số [3], [4] và [5].
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
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Đóng góp khoa học của luận án
Tồn bộ nội dung luận án bao gồm có 04 chương, tác giảđã áp dụng phương pháp giải tích để xác định thơng số kích thước và phương pháp sốđể thực hiện mơ hình hóa và mơ phỏng, nghiên cứu các q 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 lệđiện 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 cơng suất lớn dùng trong lưới điện cao áp.
- Đưa ra phân bố lực điện từtác 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 rađược đặc tính và đa thức xác định sốlượng 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 từtrường tản, điện cảm tản và điện cảm tổng, qua đó đạt cơng 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 từđến đặc tính nhiệt
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Tập đoàn điện lực Việt Nam EVN “https://www.evn.com.vn”
[2] Zahra Norouzian (2016), “Shunt Reactors: Optimizing Transmission Voltage
System”, ABB Transformers and Reactors.
[3] G. Deb (2012), “Ferranti Effect in Transmission Line,” International Journal of Electrical and Computer Engineering (IJECE), vol. 2, no. 4, pp. 447–451. [4] A. D. S. Sri, K. T. Devi, K. D. Raju, B. Tanya (2018), “Depiction and
Compensation of Ferranti Effect in Transmission Line”, International Journal
for Research in Applied Science and Engineering Technology (IJRASET), vol. 6, no. 3, pp. 1522–1526, doi: 10.22214/ijraset.2018.3234.
[5] Reshma Tarannum, Rashmi Singh (2017), “Reducing Ferranti Effect in
Transmission Line using Dynamic Voltage Restorer”, International Conference
on Science and Engineering for Sustainable Development (ICSESD-2017), pp. 45–50, doi: 10.24001/icsesd2017.10.
[6] C. S. Indufiar (1999), “Required Shunt Compensation for an EHV
Transmission Line Sending-end System”, in IEEE Power Engineering Review,
vol. 19, no. 9, pp. 61-62, doi: 10.1109/MPER.1999.1236746.
[7] J. Dixon, L. Morán, J. Rodríguez, R. Domke (2005), “Reactive Power
Compensation Technologies, State-of-the-Art Review”, in Proceedings of the
IEEE, vol. 93, no. 12, pp. 2144-2164, doi: 10.1109/JPROC.2005.859937. [8] N. Vijaysimha, P. Suman Pramod Kumar (2013), “Shunt Compensation on
EHV Transmission Line”, International Journal of Advanced Research in
Electrical, Electronics and Instrumentation Engineering, vol. 2, no. 6, pp. 2452- 2460, www.ijareeie.com
[9] Jinhao Hu, Pei Yuan, Xin Li, Yun Liu (2020), “Analysis on the Necessity of
High-Voltage Shunt Reactors in Power Grid”, 2020 10th International
Conference on Power and Energy Systems (ICPES), pp. 83-87, doi: 10.1109/ICPES51309.2020.9349640.
[10] Zoran Gajić, Birger Hillström, Fahrudin Mekić (2003), “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, A. D`Ajuz (2005) , “Brazilian
Successful Experience in the Usage of Current Limiting Reactors for Short- Circuit Limitation”, International Conference on Power Systems Transients
(IPST’05) in Montreal, Canada.
[12] James H. Harlow (2004), “Electric Power Transformer Engineering”, CRC Press LLC.
[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”, [online] https://new.siemens.com/ptd
[15] IEEE Standards (2017), “IEEE C37.015-2017 - IEEE Guide for the Application of Shunt Reactor Switching”, [Online]. Available: http://standards.ieee.org.
[16] IEC Standards (2007), “IEC 60076-6-Reactors”, International Electrotechnical Commission.
[17] Nguyễn Văn Đại (2011), “Nghiên cứu tính chọn thơng số cho cuộn kháng bù ngang đường dây 500 kV”, Luận văn thạc sĩ, Đại học Đà Nẵng.
[18] Lê Thành Chung (2014), “Nghiên cứu chế độ vận hành kháng bù ngang trên đường dây 500kV Việt Nam”, Luận văn thạc sĩ, Đại học Bách khoa Hà Nội. [19] R. Jez, A. Polit (2014), “Influence of air-gap length and cross-section on
magnetic circuit parameters”, the 2014 COMSOL Conference in Cambridge.
[20] R. Jez (2017), “Influence of the Distributed Air Gap on the Parameters of an
Industrial Inductor”, IEEE Transactions on Magnetics, vol. 53, no. 11, doi:
10.1109/TMAG.2017.2699120.
[21] S. Saizen, K. Hashiba, M. Iwagami (1979), “500kV 50MVA Shunt Reactors for
CTM, Argentina”, Fuji Electric Review, vol. 25, no. 2, pp. 49-52.
[22] T. Fujimoto, I. Tanaka, H. Takahashi, K. Ohkubo (1986), “800kV 2000MVA Transformer anhd 400MVAr Shunt Reactor”, Fuji Electric Review, vol. 32, no. 4, pp. 142-146.
[23] A. Balakrishnan, W. T. Joines, T. G. Wilson (1997), “Air-Gap Reluctance and
Inductance Calculations for Magnetic Circuits Using a Schwarz-Christoffel Transformation”, IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 12, no. 4, pp.
654-663.
[24] A. van den Bossche, V. Valchev, T. Filchev (2002), “Improved approximation
for fringing permeances in gapped inductors”, Conference Record of the 2002
IEEE Industry Applications Conference. 37th IAS Annual Meeting (Cat. No.02CH37344) vol. 2, pp. 932-938, doi: 10.1109/IAS.2002.1042670.
[25] M. Kuwata, S. Nogawa, N. Takahashi, D. Miyagi, K. Takeda (2005),
“Development of molded-core-type gapped iron-core reactor”, in IEEE
Transactions on Magnetics, vol. 41, no. 10, pp. 4066–4068. doi: 10.1109/TMAG.2005.854864.
[26] S. Nogawa, M. Kuwata, T. Nakau, D. Miyagi, N. Takahashi (2006), “Study of
modeling method of lamination of reactor core”, in IEEE Transactions on
[27] S. Nogawa, M. Kuwata, Daisuke Miyagi, T. Hayashi, H. Tounai, T. Nakau, N. Takahashi (2005), “Study of eddy-current loss reduction by slit in reactor core”, in IEEE Transactions on Magnetics, vol. 41, no. 5, pp. 2024-2027. doi:
10.1109/TMAG.2005.846267.
[28] M. Christoffel (1967), “The Design and Testing of EHV Shunt Reactors,” IEEE
Transactions on Power Apparatus and Systems, vol. PAS-86, no. 6, pp. 684- 692, doi: 10.1109/TPAS.1967.291879.
[29] J. P. Vora, B. L. Johnson, H C. Barnes (1973), “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, doi: 10.1109/TPAS.1973.293655. [30] H. Yue, Y. Xu, Y. Liu, Y. Zhu, X. Xiao (2009), “Study of nonlinear model of
shunt reactor in 1000kV AC transmission system”, 2009 International
Conference on Energy and Environment Technology (ICEET), vol. 2, pp. 305- 308, doi: 10.1109/ICEET.2009.312.
[31] A. Alabakhshizadeh, O. Midtgård (2013), “Air gap fringing flux reduction in
a high frequency inductor for a solar inverter”, 2013 IEEE 39th Photovoltaic
Specialists Conference (PVSC), pp. 2849–2852, doi: 10.1109/PVSC.2013.674 5065.
[32] A. Ayachit, M. K. Kazimierczuk (2017), “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, J. Uceda (2002), “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, doi: 10.1109/APEC.2002.989240.
[34] V. Valchev, A. van den Bossche, T. Filchev (2004), “2-D FEM Tuned Analytical Approximation for Fringing Permeances”, Scientific Computing in
Electrical Engineering. Mathematics in Industry, vol. 4, doi: doi.org/10.1007/978-3-642-55872-6_44.
[35] E. Stenglein, M. Albach (2016), “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, doi: 10.1109/EPE.2016.7695271.
[36] K. Dawood, G. Komurgoz, F. Isik (2020), “Evaluation of the Electromagnetic
International Conference on Electrical Engineering (ICEE), pp. 1–6, doi: 10.1109/ICEE49691.2020.9249871.
[37] L. Lu, H. Cao, X. Wu, Y. Wang, J. Hu, C. Chen (2021), “Simulation Analysis
of Electromagnetic Force of Winding of UHV Shunt Reactor”, 2021 IEEE 4th
International Conference on Automation, Electronics and Electrical Engineering (AUTEEE), pp. 693-698. doi: 10.1109/AUTEEE52864.2021.966 8721.
[38] A. van den Bossche, V. Valchev (2002), “Eddy current losses and inductance
of gapped foil inductors”, IEEE 2002 28th Annual Conference of the Industrial
Electronics Society, vol. 2, pp. 1190–1195, doi: 10.1109/IECON.2002.1185442. [39] I. Kovačević-Badstübner, R. Burkart, C. Dittli, J. W. Kolar, A. Musing (2015),
"A fast method for the calculation of foil winding losses", 2015 17th European
Conference on Power Electronics and Applications (EPE'15 ECCE-Europe), pp. 1-10, doi: 10.1109/EPE.2015.7309151.
[40] E. So, R. Verhoeven, L. Dorpmanns, D. Angelo (2015), “Traceability of Loss
Measurements of Extra High Voltage Three-Phase Shunt Reactors”, IEEE
Transactions on Instrumentation and Measurement, vol. 64, no. 6, pp. 1344– 1349, doi: 10.1109/TIM.2015.2398956.
[41] W. A. Rsshen (2004), “Winding Loss from An Air-Gap”, 2004 IEEE 35th
Annual Power Electronics Specialists Conference (IEEE Cat. No.04CH37551), vol. 3, pp. 1724–1730, doi: 10.1109/PESC.2004.1355376.
[42] A. van den Bossche, V. C. Valchev (2005), “Improved calculation of winding
losses in gapped inductors”, Journal of Applied Physics, vol. 97, no. 10, doi:
10.1063/1.1851890.
[43] S. Mukherjee, Y. Gao, R. Ramos, V. Sankaranarayanan, B. Majmunovic, R. Mallik, S. Dutta, G.S. Seo, B. Johnson, D. Maksimovic (2019), “AC Resistance