CHƯƠNG 4: XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ ĐIẸN DUNG CHO MHPB
4.2 Xác định điện dung dựa vào thông số hình học và điện môi trong MBA
4.2.1 Điện dung mắc vòng giữa cuộn HV và LV
Điện dung giữa cuộn HV và LV là điện dung giữa 2 dây dẫn hình trụ đặt song song với nhau [8],
1ĩĩ£ữh£ eg m * In(-ậ-)
Trong đó £ữ
h
; Độ điện thẩm chân không : Chiều cao cuộn dây m
Ri Ro
: Số mạch từ
: Bán kính trong cuộn HV : Bán kính ngoài cuộn LV
£eff : Độ điện thẩm tương đương
Hình 4.2 mô tả mô hình đơn giản cho việc tính toán điện dung giữa cuộn HV và LV [8]
Hình 4.2: a) Hệ thống cách điện HV và LV; b) Mô hình hệ thống cách điện đơn giản (4.1)
Chương 4: Xác định thông số điện dung cho MBPB 21
4.2.2 Điện dung nối đất giữa cuộn HV với vỏ (Cg/i) và LV với lõi (Cgi)
Điện dung CgH và CgL một cách tổng quát là điện dung giữa dây dẫn hình trụ đặt song song mặt phẳng nối đất [8],
2ĩĩ£ữh£
Ra
(4.2)
Trong đó £ữ
h
; Độ điện thẩm chân không : Chiều cao cuộn dây m ; Số mạch từ
Ri ; Bán kính trong cuộn dây Ro ; Bán kính ngoài cuộn dây
£ ; Độ điện thẩm điện môi cách điện 4.2.3 Điện dung nối tiếp
4.2.3.1 Cuộn dây kiểu đĩa thường (ordinary disc)
Đối với điện dung giữa vòng dây - vòng dây (C„) thì giả thiết có độ lệch áp đồng nhất giữa các vòng dây trên cùng 1 đĩa để áp dụng được định luật Coulomb. Giá trị điện dung giữa 2 mặt phẳng cùng tiết diện [8]:
27ĩ£0Rave(h + 2ĩ-
p)£
TP
(4.3)
Trong đó £0 : Độ điện thẩm chân không
h ; Chiều cao 1 vòng dây (do có xét đến hiệu ứng bề mặt) Tp ; Bề dày cách điện giữa 2 vòng dây liền kề
Rave : Bán kính trung bình
£ : Độ điện thẩm điện môi cách điện
Dựa vào phân bố năng lượng điện trường trên 1 đĩa, có thể xác định điện dung vòng dây - vòng dây tổng trên 1 đĩa bằng cách nhân với N-l
N2
với N là số lượng vòng dây ttên 1 đĩa.
Chương 4: Xác định thông số điện dung cho MBPB 22
Đối với điện dung giữa đĩa - đĩa, Cdd là rất nhỏ so với c„ nên khi tính điện dung nối tiếp cs
thường được bỏ qua. Cách tính điện dung Cdd thì tương tự với c„, là điện dung giữa 2 mặt phẳng cùng tiết diện [8],
c ^g0(7?2-7?,2)g
Trong đó g0 ; Độ điện thẩm chân không : Khoảng cách giữa 2 đĩa
Ri Ro
: Bề dày cách điện giữa 2 vòng dây liền kề : Bán kính trong cuộn dây
: Bán kính ngoài cuộn dây
£ : Độ điện thẩm điện môi cách điện 4.2.3.2 Cuộn dây kiểu xoắn ốc (helical)
Điện dung của cuộn dây kiểu xoắn ốc một cách tổng quát là điện dung giữa 2 mặt phẳng cùng tiết diện [8],
c _ KgọCR2 - ^,2)g
d
Trong đó g0
d
; Độ điện thẩm chân không : Khoảng cách giữa 2 đĩa (disk) Ri : Bán kính trong cuộn dây Ro : Bán kính ngoài cuộn dây
£ : Độ điện thẩm điện môi cách điện 4.2.3.3 Cuộn dây kiểu đĩa xen kẽ (interleaved disc)
Giá trị điện dung nối tiếp cuộn dây kiểu đĩa xen kẽ được tham khảo từ [8]:
Trong đó Ctt và cđ được tham khảo từ biểu thức (4.3) và (4.4)
(4.4)
(4.5)
(?v-l)c„ + ^cá (4.6)
Chương 4: Xác định thông số điện dung cho MBPB 23
4.2.3.4 Cuộn dây kiểu lớp (layer)
Đối với điện dung giữa vòng dây - vòng dây (C„) thì giả thiết có độ lệch áp đồng nhất giữa các vòng dây trên cùng 1 layer (lớp) để áp dụng được định luật Coulomb. Xem như ctt giữa các vòng dây là như nhau với mọi layer, chọn các thông số tại layer ngoài cùng, ta có thể tính gần đúng như sau [8]:
c _7l£0{R2 -R-)£
Tp
Trong đó £ữ Tp Ri Ro
: Độ điện thẩm chân không
: Bề dày cách điện giữa 2 vòng dây liền kề : Bán kính trong cuộn dây
: Bán kính ngoài cuộn dây
£ : Độ điện thẩm điện môi cách điện
Đối với điện dung giữa layer - layer, xem như điện dung Cu giữa 2 layer là như nhau với mọi layer, và do 2 layer được đặt rất sát nhau trong thực tế, ta có thể tính xấp xỉ như sau [8]:
c _ 2ĩĩ£0Raveh£
d
Trong đó £ữ
d
: Độ điện thẩm chân không
: Bề dày cách điện trung bình giữa 2 layer (lớp) h
Rave
: Chiều cao cuộn dây
: Bán kính trung bình cuộn dây
£ : Độ điện thẩm điện môi cách điện 4.3 Xác định giá tộ điện dung qua các phép đo
Ỏ phần trên đã đưa ra các công thức giải tích cho việc xác định giá trị điện dung dựa vào thông số hình học và điện môi của MBA, nhưng đối với MBA dạng hộp đen không có các thông số hình học, điện môi của hệ thống cách điện thì việc tính toán giá trị điện bằng các công thức giải tích không thể thực hiện được. Do đó, phần này sẽ đề xuất việc xác định giá trị điện dung trong MHPB máy biến áp lực dạng hộp đen dựa trên các phép đo.
(4.7)
(4.8)
Chương 4: Xác định thông số điện dung cho MBPB 24
Các giá trị điện dung tổng với đất QH (Cgỉ.) và điện dung liên cuộn dây ciw của các cuộn dây MBA có thể được xác định trực tiếp dựa trên việc sử dụng thiết bị đo cao áp AC và phương pháp đo hệ số phân tán (dissipation factor measurment) khoảng vài kv, trong dải tần số thấp (từ 15 đến 400 Hz) kỹ thuật này gọi là kỹ thuật đo thông thường (conventional technique).
Do các giá trị điện dung của từng pha riêng lẻ thì không thể xác định bằng cách thực hiện riêng lẻ được, nên tất cả đầu cực của cuộn dây HV (LV) phải được kết nối cho mạch tương đương 3 pha (khi đó, CHG = 3CgH, CLG = 3CgL và CHL = 3Ciw). Ngoài ra, để xác định điện dung với đất và điện dung liên cuộn dây có thể dùng kỹ thuật đo dựa trên việc phân tích của phép đo tổng trở dung (capacitive driving-point impedance) sử dụng thiết bị VNA (vector- network analyzer) tại điện áp khoảng vài V (AC) trong dải tần số (từ 20 Hz đến 2 MHz) kỹ thuật này được gọi là kỹ thuật mới. Kỹ thuật xác định điện dung dựa vào kỹ thuật thông thường (conventional technique) và kỹ thuật mới (new technique) cho các so sánh ở chương 5.
Hình 4.3 trình bày sơ đồ mạch tương đương điện dung của một MBA 2 cuộn dây mà ở đó CHG, CLG và CHL CÓ thể được xác định từ các phép đo điện dung tương đương khi một nhóm đầu cực HV và LV được kích thích (cấp nguồn) và những phần khác được nối đất hoặc để hở mạch. Chi tiết cho 2 kỹ thuật đo này được giới thiệu trong [5],
Hình 4.3: Mạch tương đương điện dung 3 pha cho MBA 2 cuộn dây Bảng 4.1 thể hiện cấu hình đo tham khảo để xác định CỊỊG,CLG và CHL [5]:
Bảng 4.1: cấu hình đo
Thứ tự Cấu hình đo Điện dung tuưng đưo†ng
† Kiểu quấn dây MBA: cuộn dây kiểu đĩa thường (ordinary disc), cuộn dây kiểu lớp (layer) và cuộn dây kiểu đĩa xen kẽ (interleaved disc)
Chương 4: Xác định thông số điện dung cho MBPB 25
1 HV được kích từ, LV được
ngắn mạch CỊ= C*HG H (CỊĨL nôi tiêp Ciò) 2 HV được kích từ, LV được
nối đất C2 = CHG H CỊỈL
3 LV được kích từ, HV được
ngắn mạch C3 = C1G H (CHL nôi tiêp CỊỊG) 4 LV được kích từ, HV được
nối đất c4=cL0//cIiL
Như vậy, các giá trị điện dung CHG,CLG và CHL có thể được xác định từ những nguyên lý trên.
Đối với điện dung nối tiếp của cuộn dây thì không thể được xác đỉnh khỉ mà không có các thông số hình học MBA hoặc không thể tháo rời phần MBA cho các phép đo bên trong. Tuy nhiên, giải phảp đề xuất đưa ra là dựa trên việc so sảnh kết quả mô phỏng mô hình MBA và kết quả đo với cấu hình đo tổng trở hờ mạch (OC DPIs: open-cừcuit driving-point ùnpendances) tại dải tần sổ trung bình, từ đó phân tích, đánh giá độ chênh lệch giữa kết quả mô phỏng và kết quả đo để xác định điện dung nối tiếp.
Ở dải tần sổ trung bình thì việc ảnh hưởng cấu trúc cuộn dây bên trong MBA là đảng kể, mà MBA dạng hộp đen thì việc biết được cấu true bên trong MBA là không thể. Do đó, việc xác định được giá trị điện dung nối tiếp của cuộn dây 1 cách phù hợp cần được xem xét đến 2 yếu tố sau trong quá trình mô phỏng:
• Số lượng phân đoạn (n) được chọn trên 1 pha