L- điện cảm tản của cuộn dây MBA
QUÁ ĐIỆN ÁP CỘNG HƯỞNG 11.1 KHÁI NIỆM CHUNG
11.2.4 Quá điện áp cộng hưởng sắt từ do thao tác không đồng pha khi trung tính của máy biến áp phụ tải cách điện
tính của máy biến áp phụ tải cách điện
Nguồn cung cấp (hệ thống) có công suất vô cùng lớn so với máy biến áp tiêu thụ. Trong sơ đồ C lo' 1 và C lo' đặc trưng cho điện dung đối với đất của dây dẫn trước và sau chỗ xảy ra sự cố, còn C’l1và C’l là điện dung giữa các pha. l và l1 là chiều dài của hai đoạn đường dây về hai phía của nơi xảy ra sự cố.
Điểm trung tính của hệ thống và của máy biến áp tiêu thụ có thể nối đất trực tiếp hoặc cách điện.
Để việc phân tích quá trình quá điện áp được dễ dàng thường biến sơ đồ ba pha không đối xứng thành sơ đồ một pha đẳng trị. Khảo sát sơ đồ hình 11.9b có các phụ tải không đối xứng ZA, ZB và ZC. Để xác định dòng và áp trong pha A thì thay thế pha B và C bởi mạch đẳng trị một pha, trong đó sức điện động của nguồn và điện trở tương ứng như sau:
2 , B. B C C B C B C B C E Y E Y E E E Y Y • • • • • + + = = + (11.10) 2 , B. C B C B C Z Z Z Z Z Z = = + (11.11)
Hình 11.9 Sơ đồ để nghiên cứu quá điện áp cộng hưởng do thao tác hoặc sự cố không đồng pha (a) và biến đổi từ sơ đồ ba pha (b) sang sơ đồ một pha đẳng trị (c)
Sức điện động tổng của nguồn đẳng trị bằng
1 5 2 , B C đt A E E A E E E • • • • + • = − = (11.12)
Điện trở đẳng trị của phụ tải bằng
Zđt = ZA +
2
Z (11.13)
Đấy là các thông số của mạch đẳng trị một pha tương ứng với hình 11.9c. Hình 11.10 cho sơ đồ đặc trưng cho các tình trạng sự cố không đồng pha. Sức điện động của nguồn đẳng trị một pha có thể được xác định bằng cách thay vào (11.10) các trị số như sau:
- Đối với sơ đồ hình 11.10a 2 ; B ; c A p p p E U E a U E aU • • • = = = E U= p−0 5, (a U2 p+aUp)=Up +0 5, Up =1 5, Up (11.14)
Hình 11.10 Sơ đồ thay thế một pha cho các chế độ không đồng pha khi MBA phụ tải có trung tính cách ly
- Đối với sơ đồ hình 11.10b
EA=0 (đứt pha A); E=0 5, Up (11.15)
- Đối với sơ đồ hình 11.10c
EA=Up; EB =0; Ec =0 (đứt pha B và C); E U= p (11.16)
Trên các sơ đồ có các mũi tên chỉ chiều dòng điện chạy trong mạch. Trên sơ đồ hình 11.10a,b, dòng điện chạy từ nguồn qua các điện cảm đấu song song của máy biến áp ở các pha không sự cố (Lµ/2), điện cảm Lµ và điện dung Col của pha sự cố. Trong sơ đồ hình 11.10c dòng điện từ nguồn qua điện cảm của pha không sự cố rồi qua điện cảm và điện dung đấu song song của các pha bị đứt dây (thực ra do mạch từ không đường thẳng nên khi dòng điện khác nhau chạy qua thì điện cảm của cuộn dây máy biến áp cũng khác nhau. Vì vậy cho điện cảm của hai pha đấu song song nhau bằng một nửa điện cảm của pha còn lại là không chính xác. Tuy nhiên, sai số trong phạm vi chấp nhận được và cũng không có ảnh hưởng đến kết quả định tính của quá trình).
Điện cảm từ hóa tổng của máy biến áp trong sơ đồ thay thế hình 11.10d nối tắt các điện dung giữa pha sự cố và các pha không sự cố. Điện dung Col
của các pha không sự cố được tính đến vì chúng được đấu song song với nguồn công suất lớn (vô tận).
Sơ đồ hình 11.10d có thể biến đổi thành sơ đồ còn đơn giản hơn (H.11.10e) theo lý thuyết về mạng hai cực có nguồn (tác dụng) nếu như nhánh
điện cảm được coi là phụ tải. Theo lý thuyết này, sức điện động đẳng trị Eđt
trong sơ đồ hình 11.10e bằng điện áp giữa các điểm M và N khi không có phụ tải còn tổng trở đẳng trị bằng tổng trở đối với các điểm M và N khi nối tắt nguồn và cắt phụ tải. Như vậy trong sơ đồ tối giản của hình 11.10e có các thông số sau:
- Đối với sơ đồ sự cố không đối xứng hình 11.10a và b
2 o đt o C E E C C = + ; Cđt = (Co + 2C)l (11.17) - Đối với sơ đồ sự cố hình 11.10c
2 2 2 o o đt o o C C E E E C C C C = = + + Cđt = 2 (Co + C)l (11.16)
Như vậy, các sơ đồ sự cố không đối xứng đều có thể đưa về các mạch dao động không đường thẳng cơ bản như ở hình 11.11.
Để xác định điện áp trên điện dung cũng dùng phương pháp phân tích đồ thị như đã trình bày ở trên.
Hình 11.11 biểu diễn đồ thị tương ứng với trường hợp điện dung giữa các pha C = 0,25Co.
Các đường thẳng tương ứng với trường hợp C = 0. Từ các biểu thức (11.16) và đồ thị suy ra rằng điện dung giữa các pha C làm giảm Eđt so với 1,5Up nhưng đồng thời cũng làm giảm độ dốc của các đường thẳng U ± Eđt. Đối với mọi giá trị của C, các trục này cắt trục hoành ở các điểm có trị số bằng: ±EωCđt = ±E 2 o o C C + Cω(Co + 2C)l = ±ECol có nghĩa là không phụ thuộc vào trị số điện dung giữa các pha.
Hình 11.11 Xác định bằng đồ thị điện áp theo sơ đồ 11.10a có chú ý đến điện dung
giữa các pha
Hình 11.12 Sự phụ thuộc của điện áp UL và UC
vào tỉ số Xµ/XC theo sơ đồ 11.10a
Hình 11.12 vẽ đường cong quan hệ điện áp trên điện dung và điệïn cảm theo tỷ số Xµ/XC cho tình trạng sự cố không đồng pha tương ứng với sơ đồ hình
11.10a.
Xµ là cảm kháng từ hóa của máy biến áp ở điện áp định mức, được xác định theo
Xµ = đm2 kt
U
Si , Ω
với: Uđm - điện áp định mức, kV; S - công suất máy biến áp, MVA Ikt- dòng điện không tải, đơn vị tương đối, %
Xc - dung kháng đường dây tính theo:
XC = ( ) ( ) 12 10 2 , o C C l Ω ω +
trong đó C và Co tính theo pF/km và l tính theo km. Như vậy: 2đm ( 2 )10 12 o c kt X U C C X Si µ − = ω +
Các đường cong cho trong hình 11.12 được xây dựng với các thông số: Uđm=35kV; Ikt= 0,05; Co=5200pF/km; C=1200pF/km
Trong trường hợp này X Xµ/ c = 0,058l/S. Điện áp trên điện dung (tức trên cách điện đường dây) được xác định bằng cách thêm 1,5Up vào điện áp trên điện cảm UL (hoặc trừ bớt).
Với các trị số của UL < 1,5Up thì điện áp trên điện dung có dấu âm (đường cong 1).
Với đồ thị hình 11.12 có thể xác định điện áp trên điện dung của pha sự cố ở các điều kiện khác nhau.
Ví dụ: khi S=3200 kVA, l=30 km⇒Xµ/Xc = 0,058×30/3,2 = 0,55 xác định được theo đường cong Uc = 3Up. Cũng với chiều dài đường dây l = 30km nhưng công suất của máy biến áp bằng S = 560 kVA⇒ Xµ/Xc = 0,058×30/0,56 = 3,1 thì Uc = 4Up. Trị số này vượt quá mức cách điện của đường dây.
Cũng có thể tính toán tương tự đối với trường hợp khi trung tính của máy biến áp cung cấp nối đất. Trong trường hợp này quá điện áp sẽ thấp nhờ giảm sức điện động tính toán.