Ảnh hưởng của chế độ khụng đối xứng đối với cỏc thiết bị dựng điện.

2. Phõn loại theo dạng thức khụng đối xứn g:

2.2.2.ảnh hưởng của chế độ khụng đối xứng đối với cỏc thiết bị dựng điện.

Cỏc thiết bị dựng điện được chế tạo để làm việc trong chế độ đối xứng. Sự khụng đối xứng của hệ thống điện dự diễn ra trong thời gian dài hay ngắn đều ảnh hướng lớn đến chế độ làm việc của cỏc phần tử.

Sự khụng đối xứng của hệ thống điện gõy ra do cấu trỳc khụng đối xứng sẽ làm cho điện ỏp và dũng điện cỏc pha khụng đối xứng, trong hệ thống xuất hiện cỏc thành phần thứ tự nghịch và khụng.

Sự mất đối xứng do sự cố sẽ gõy ra cỏc dao động quỏ độ cú giỏ trị rất lớn. Sự mất đối xứng trong trường hợp này rất nguy hiểm cho cỏc thiết bị điện.

1. Đối với mỏy phỏt điện đồng bộ ba pha :

Hiện nay, hầu hết cỏc mỏy phỏt điện đồng bộ đều cú cuộn dõy stato nối sao và cú trung tớnh cỏch điện. Cuộn dõy này được nối cuộn tam giỏc của mỏy biến ỏp tăng ỏp. Do đú ở chế độ khụng đối xứng, trong cuộn dõy stato của mỏy phỏt điện chỉ cú thành phần thứ tự thuận và thứ tự nghịch cũn thành phần thứ tự khụng bị khộp vũng trong cuộn tam giỏc của mỏy biến ỏp.

Dũng điện thứ tự thuận sinh ra từ trường quay đồng bộ với roto (roto cú tốc độ là ωđb) nờn khụng quột roto, tỏc dụng của nú giống như lỳc mỏy phỏt điện cú phụ tải đối xứng bỡnh thường.

Dũng điện thứ tự nghịch sinh ra từ trường quay ngược chiều với ro tovới vận tốc đồng bộ với nú. Khi đú từ trường thứ tự nghịch với tốc độ ωđb sẽ quột roto với độ trượt s ( ) 2

db db db = ω ω − − ω

= . Do đú trong roto (tức là mạch cuộn dõy

kớch thớch khi khộp mạch,mạch cuộn cản, lừi thộp roto) sinh ra dũng điện cảm ứng với tần số f2 = s.f1 = 2.50 =100 Hz. Dũng điện này gõy nờn tỏc dụng nhiệt và cơ đối với mỏy phỏt điện đồng bộ.

- Tỏc dụng nhiệt : Dũng điện 100 Hz chạy trong cỏc mạch roto gõy nờn phỏt núng phụ, nhất là ở tần số cao 100 Hz, hiệu ứng mặt ngoài lớn cũn làm cho

sự phỏt núng trầm trọng hơn. Đối với cỏc mỏy phỏt nhiệt điện, roto khối nờn dũng cảm ứng 100 Hz khỏ lớn nờn gõy phỏt núng mạnh. Đối với cỏc mỏy phỏt thuỷ điện, roto cực lồi nờn dũng cảm ứng 100 Hz nhỏ hơn nờn sự phỏt núng khụng nhiều như đúi với cỏc mỏy phỏt nhiệt điện. Khi mức độ khụng đối xứng lớn thỡ cuộn dõy kớch thớch, cuộn cản, thõn roto của mỏy phỏt nhiệt điện sẽ phỏt núng dữ dội. Do đú thõn roto cú thể bị biến dạng và cú khả năng làm hư hỏng cỏch điện của cuộn dõy kớch thớch.

- Tỏc dụng cơ : Tỏc dụng tương hỗ giữa từ trường của dũng cảm ứng của roto với từ trường thứ tự nghịch của cuộn dõy stato gõy nờn momen khụng đụng bộ Mkđb dao dộng với tần số 100 Hz. Như vậy trong chế độ khụng đối xứng, ngoài momen cơ của tuabin cũn cú hai momen điện tỏc dụng lờn trục roto : momen khụng đổi (Mđb) của dũng thứ tự thuận như lỳc cú tải đối xứng bỡnh thường và momen khụng đồng bộ (Mkđb) sinh ra bởi dũng thứ tự nghịch. Mkđb cú dấu thay đổi và đập mạch với cỏc tần số 100 Hz, 200 Hz, 300 Hz... Tuy nhiờn trong thực tế chỉ cần xột đến momen đập mạch với tần số 100 Hz vỡ biờn độ của momen cú tần số càng cao càng nhỏ, chẳng hạn biờn độ của momen đập mạch tần số 200 Hz chỉ bằng 10% biờn độ của momen đập mạch tần số 100 Hz. Khi thành phần momen này cựng chiều với momen đồng bộ thỡ roto bị hóm lại và khi nú ngược chiều với momen đồng bộ thỡ roto cú xu hướng bị gia tốc. Kết quả là momen đập mạch Mkđb làm cho roto mỏy phỏt điện bị rung và gõy nờn những ứng suất phụ cú thể làm biến dạng roto. Đối với mỏy phỏt nhiệt điện, roto liền khối cú độ bền cao nờn khụng bị ảnh hưởng nhiều của rung. Đối với mỏy phỏt thuỷ điện, roto lắp ghộp từ nhiều cực từ (cực từ gồm nhiều lỏ thộp) nờn chịu ảnh hưởng nhiều bởi rung.

Trong vận hành mỏy phỏt điện thường qui định trong chế độ khụng đối xứng hiệu số dũng cỏc pha ∆I khụng vượt quỏ 10 % đối với mỏy phỏt nhiệt điện và 20% đối với mỏy phỏt thuỷ điện, đồng thời dũng trong pha bất kỳ khụng vượt quỏ định mức. Khi đú dũng thứ tự nghịch so với dũng định mức khụng vượt quỏ (5 ữ 7)% với mỏy phỏt nhiệt điện và (12 ữ 14)% với mỏy phỏt thuỷ điện.

2. Đối với động cơ khụng đồng bộ :

Cỏc động cơ khụng đồng bộ thường cú cuộn dõy phần tĩnh nối tam giỏc hoặc sao khụng dõy trung tớnh, do đú ở chế độ khụng đối xứng qua phần tĩnh chỉ cú dũng thứ tự thuận và nghịch.

Từ trường của dũng thứ tự thuận sinh ra momen khụng đồng bộ như trong chế độ đối xứng bỡnh thường và khi đú dũng điện cảm ứng trờn roto cú tần số s.f với s là độ trượt giữa vận tốc quay của roto với vận tốc đồng bộ cũn f là tần số dũng phần tĩnh.

Sơ đồ thay thế đối với thành phần thứ tự thuận của động cơ như hỡnh 3 –

2,a

Dũng điện thứ tự nghịch sinh ra từ trường quay ngược chiều với roto,với vận tốc đồng bộ ωđb . Khi đú từ trường thứ tự nghịch với tốc độ ωđb sẽ quột roto với độ trượt s (1 s) 2 s db db db 2 = − ω ω − ω −

= . Do đú trong roto kớch thớch khi khộp

sinh ra dũng điện cảm ứng với tần số f2 = s2.f1 = (2-s)f.

Sơ đồ thay thế đối với thành phần thứ tự nghịch của động cơ như hỡnh 3 – 2,b

Điện trở tỏc dụng tương đối định mức của roto động cơ khụng đồng bộ rất nhỏ (R'r= 0,02 ữ 0,03), điện khỏng tản của roto cũng chỉ bằng khoảng 0,1. Trong khi đú điện khỏng từ hoỏ của nú lại rất lớn (Xà= 3 ữ 4). Khi làm việc bỡnh thường s = 0,01 ữ 0,02 nờn đại lượng R'r/(2-s) rất nhỏ so với X'r, cú thể bỏ

RS XS Xr’ R’r/s à R à X U1 RS XS Xr’ R’r/(2-s) à R à X U2 a) b) Hình 3 – 2

qua trong sơ đồ thay thế thứ tự nghịch. Đồng thời ta thấy ' r

X nhỏ hơn nhiều so với Xà nờn cú thể bỏ qua Xà.Khi đú điện khỏng thứ tự nghịch X2 của động cơ cú thể coi bằng điện khỏng ngắn mạch: X2 = XN = XS + '

r

X = 0,1ữ0,3.

Mặt khỏc với s = 0,01 ữ 0,02 thỡ R'r/s cú giỏ trị đỏng kể so với Xànờn điện khỏng thứ tự thuận lớn hơn nhiều so với điện khỏng thứ tự nghịch. Như vậy ngay cả khi điện ỏp thứ tự nghịch dặt vào dự nhỏ, dũng điện thứ tự nghịch sinh ra sẽ rất lớn dẫn đến sự khụng đối xứng rất lớn về dũng.

Trong vận hành thường gặp động cơ bị đứt một pha nguồn cung cấp (giả sử pha A). Khi đú dũng trong hai pha cũn lại tăng gấp 3 lần dũng thứ tự thuận : (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

I.B = I.C= 3 I.1

Coi dũng thành phần thứ tự thuận của động cơ bằng dũng làm việc định mức thỡ tổn thất trong hai pha phần tĩnh tăng lờn 3 lần :

∆Pt = ( 3.Iđm)2RS = 3 I2 đm.RS

ở đõy RS là điện trở cuộn dõy stato.

Do dũng từ hoỏ rất nhỏ nờn cú thể bỏ qua. Khi đú dũng thành phần thứ tự thuận và nghịch của phần tĩnh tương ứng bằng dũng thành phần thứ tự thuận và nghịch của phần quay :

I1S = I1r = I1

I2S = I2r = I2

Vỡ vậy tổn thất trong phần quay bằng :

∆Pr = (I21+I22).Rr = 2.I21.Rr ( do đứt một pha nờn I1 = I2) Nghĩa là tổn thất trong roto tăng lờn 2 lần.

Trong cỏc cụng thức trờn ta bỏ qua sự thay đổi của điện trở phần quay theo tần số [dũng I1r cú tần số s.f, dũng I2r cú tần số (2-s)f].

Như vậy ở chế độ khụng đối xứng tổn thất trong phần tĩnh và phần động đều tăng làm cho động cơ phỏt núng rất mạnh. Để động cơ tiếp tục làm việc phải giảm tải của nú.

Trong chế độ khụng đối xứng momen điện từ của động cơ khụng đồng bộ gồm hai thành phần : thuận và nghịch. Khi làm việc bỡnh thường, momen cực đại tương đối định mức được xỏc định một cỏch gần đỳng theo biểu thưc sau :

N2 2

m 2.X

U M =

Với XN là điện khỏng ngắn mạch của động cơ.

Khi đứt một pha điện khỏng ngắn tăng lờn 2 lần nờn momen cực đại giảm đi 2 lần.

Ta tớnh momen gõy nờn do dũng thứ tự nghịch : Ta cú U2 = I2..XN

Trường hợp bất lợi nhất là I2 = I1 = 1 thỡ U2 = 0,2 (với XN = 0,2)

Nếu U1 = Uđm = 1 thỡ momen sinh ra do điện ỏp thứ tự thuận là M1 = 1 cũn momen sinh ra do điện ỏp thứ tự nhgịch là M2 = (U2/U1)2M1 = 0,22.M1 = 0,04M1

Điện ỏp thứ tự nghịch nhỏ mà momen tỉ lệ với bỡnh phương của điện ỏp nờn momen thứ tự nghịch rất nhỏ, khụng ảnh hưởng đến chiều quay của động cơ. Khi động cơ làm việc với độ trượt nhỏ thỡ cú thể bỏ qua momen này.

Tuy nhiờn, khi động cơ mở mỏy(s=1) với tỡnh trạng đứt một pha thỡ điện trở thay thế trong sơ đồ thứ tự thuận nghịch bằng nhau :

'r r ' r ' r R s 2 R s R = − =

Do đú U1 = U2 và M1 = M2. Vỡ M1 và M2 ngược dấu nhau nờn động cơ cú thể khụng mở mỏy được. Để cho động cơ quay được phải tỏc động một momen lớn hơn momen cản tạo nờn một kớch thớch vận tốc để động cơ quay. Khi động cơ bắt đầu quay M2 giảm xuống cũn M1 tăng lờn rất nhanh.

3. Đối với cỏc phần tử tĩnh khỏc :

Trong chế độ khụng đối xứng, tổn thất trờn đường dõy và cỏc phần tử tĩnh khỏc tăng lờn. Chẳng hạn ta xột đối với đường dõy cú dũng điện I, điện trở R thỡ tổn thất ba pha ở chế độ sẽ là : 3.I2R . ở chế độ khụng đối xứng nếu dũng trong

pha này giảm đi ∆I, dũng trong pha kia tăng ∆I, cũn dũng trong pha thứ ba vẫn bằng I thỡ tổn thất trờn đường dõy đú là :

[(I + ∆I )2 + (I – ∆I )2 + I2].R= (3I2 + 2.∆I2).

Ngoài ra, chế độ khụng đối xứng của đường dõy tải điện cú thể làm nhiễu cỏc đường dõy thụng tin ở gần và làm quỏ tải cỏc tụ bự, tụ lọc của thiết bị chỉnh lưu, làm phức tạp bảo vệ rơ le và tự động hoỏ.