THÍ NGHIỆM HỆ THỐNG ĐIỆN - Bài 3 potx

B – ĐƯỜNG DÂY LÀM VIỆC SONG SONG, MÁY BIẾN ÁP VÀ KHẢ NĂNG TẢI I.MỤC ĐÍCH: ♦ Nghiên cứu mối quan hệ giữa công suất thực với đường cong góc pha của đường dây truyền tải.. II.TÓM TẮT LÝ T

Họ và tên : ………

Lớp : ………

MSSV : ………

BÀI 3

A - CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CÔNG SUẤT THỰC

VÀ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG

I MỤC ĐÍCH :

♦ Quan sát dòng công suất thực và công suất phản kháng khi điện áp đầu nguồn và đầu tải là khác nhau, và khác góc pha

II DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM :

Bộ nguồn (220/380V 3 pha, 0 – 220/380V 3 pha) EMS 8821

Bộ đường dây truyền tải 3 pha EMS 8329

Bộ đo công suất ba pha (300W/300Var) (2) EMS 8446

III PHẦN THÍ NGHIỆM :

Trong thí nghiệm này, chúng ta kết nối các tải thụ động (tải trở, tải kháng và tải dung) tại đầu tải của đường dây Mục đích của thí nghiệm là chỉ ra được sự thay đổi góc pha giữa đầu và cuối của đường dây chỉ xảy ra khi có tải thực được phân phối cho hộ tiêu thụ

Bước 1: Dùng một bộ nguồn, lắp thiết bị theo hình 1, chỉnh E1=380V và dùng tải trở nối sao 1100Ω mỗi pha, đường dây truyền tải là 200Ω Đọc và ghi các kết quả vào bảng 1

Hình 1

Tải E1(V) P1(W) Q1(Var) E2(V) P2(W) Q2(W) Góc pha

Trở

Cảm

Dung

Bảng 1 Bước 2: Lặp lại bước 1 và dùng tải cảm 1100Ω mỗi pha Đọc và ghi kết quả vào bảng 1 Bước 3: Lặp lại bước 1 và dùng tải dung 1100Ω mỗi pha Đọc và ghi kết quả vào bảng

1 Vẽ biểu đồ vectơ, xác định dòng điện trong mỗi trường hợp

B – ĐƯỜNG DÂY LÀM VIỆC SONG SONG, MÁY BIẾN ÁP VÀ

KHẢ NĂNG TẢI

I.MỤC ĐÍCH:

♦ Nghiên cứu mối quan hệ giữa công suất thực với đường cong góc pha của đường dây truyền tải

♦ Dùng máy biến áp tăng khả năng tải của đường dây

♦ Các đường dây truyền tải song song

II.TÓM TẮT LÝ THUYẾT:

Công suất thực do đường dây phát ra phụ thuộc vào điện áp tại đầu và cuối của đường dây truyền tải và góc lệch pha giữa hai điện áp này Công suất thực P của một đường dây ba pha được tính bằng biểu thức:

φ

= 1. 2 sin X

E E P Trong đó:

P – Tổng công suất nguồn phát cho phụ tải, đơn vị là [W]; E1 – điện áp đầu đường dây[V]; E2 – điện áp cuối đường dây[V]; X – điện kháng mỗi pha [Ω]; φ - góc lệch pha giữa

E1 và E2

Nếu E2 trễ pha so với E1, φ có giá trị dương Nếu E2 sớm pha hơn E1, φ có giá trị âm Để minh hoạ về cách sử dụng biểu thức trên, ta hãy xét ví dụ đơn giản sau Trên hình 2, đường dây có điện kháng 100Ω, điện áp nguồn là 120kV (điện áp dây), điện áp phụ tải là 150kV (điện áp dây) Tính tổng công suất phát của nguồn, biết điện áp phụ tải trễ pha một góc 30° so với nguồn phát

Hình 2

E 1 =120kV E 2 =150kV

E 2 =150kV

30 °

E 1 =120kV E 2 =150kV

Vì điện áp nguồn phát sớm pha hơn so với điện áp phụ tải, góc φ có giá trị dương, do đó:

φ

= 1 2 sin X

E E P

100

150

= Nếu điện áp nguồn phát và nguồn thu được giữ không đổi (đây là trường hợp thường gặp trong thực tế), công suất phát ra sẽ phụ thuộc vào góc lệch pha φ Mối quan hệ giữa công suất

P và góc lệch pha φ được cho trên hình 3

Khi góc lệch pha tăng dần lên từ 0, công suất tăng lên và đạt giá trị cực đại tại góc lệch 90° Khi E2 trễ pha một góc 30° so với E1, công suất sẽ đạt giá trị ½ giá trị công suất cực đại

Từ hình trên chúng ta nhận thấy rằng, nếu góc lệch pha vượt quá 90°, công suất sẽ truyền từ nguồn phát đến nguồn thu nhưng có giá trị giảm dần khi góc lệch tiếp tục tăng lên Và công suất bằng 0 khi góc lệch pha bằng 180°

Khi góc lệch pha vượt quá 90°, đường dây truyền tải sẽ ở trong tình trạng không ổn định và công suất sẽ giảm dần xuống 0 hoặc là nó có thể di chuyển qua một điểm khác (giữa 0 và 90°) trên đường biểu diễn công suất theo góc lệch pha

Vì vậy, công suất ổn định và đáng tin cậy chỉ có thể truyền từ nguồn phát đến nguồn thu khi góc lệch pha có giá trị trong khoảng từ 0 đến 90° Công suất cực đại có thể truyền được là:

X

E E X

E E

P= 1 2 sin90°= 1 2 Lưu ý rằng, một góc lệch pha nào đó có thể có giá trị trong khoảng từ 0 đến 360° hay nói cách khác, nó có giá trị trễ pha từ 0 đến 180° và có giá trị sớm pha từ 0 đến 180° Nếu đường biểu diễn công suất theo góc lệch pha cho tất cả các giá trị có thể có của góc lệch, ta có đường cong như trên hình 4

Nếu góc lệch pha có giá trị từ 0 đến +180°, nguồn phát sẽ phát công suất đến nguồn thu nhưng nếu góc lệch pha có giá trị từ 0 đến -180°, nguồn thu sẽ phát công suất đến nguồn phát Lưu ý góc lệch pha - 90° chủ yếu chỉ rằng E2 sớm pha hơn so với E1 Vùng ổn định là vùng có giá trị nằm trong khoảng -90° đến +90°; đây là vùng duy nhất chúng ta cần quan tâm

Hình 4

Trong hầu hết các trường hợp, điện áp nguồn phát và nguồn thu có độ lớn bằng nhau, do đó nếu ta cho E1=E2=E, trong đó E là điện áp của đường dây truyền tải, ta tìm được công suất cực đại

) (

2

X

E

Điện áp đường dây truyền tải:

Vì công suất cực đại mà dây dẫn phát ra phụ thuộc vào độ lớn điện áp đường dây truyền tải, nên khi truyền tải công suất lớn người ta sử dụng điện áp cao Do đó, nếu điện áp dây dẫn tăng gấp đôi, công suất cực đại sẽ tăng gấp 4 lần

Điện áp dây dẫn có thể được tăng lên bằng cách sử dụng một máy tăng thế tại đầu phát và một máy hạ thế tại đầu thu Kết quả là, nhờ sử dụng các máy biến thế tại đầu của đường dây truyền tải, khả năng mang tải của đường dây tăng lên đáng kể

Hình 5

Trong hình 5(a), một nguồn phát và một nguồn thu được nối với nhau bằng một dây dẫn có điện kháng 100Ω Công suất cực đại có thể truyền đi là:

MW kV

kV X

E

100

100 100

2

Nhưng nếu chúng ta mắc các biến thế vào các đầu sao cho điện áp đường dây truyền tải tăng lên gấp đôi 200kV (hình 5(b) ), công suất cực đại sẽ là:

MW kV

kV X

E

100

200 200

2

Đường dây truyền tải song song:

Một cách khác có thể tăng công suất truyền từ nguồn phát đến nguồn thu bằng cách sử dụng các đường dây truyền tải ba pha mắc song song Hai đường dây truyền tải có thể được

Hình 6

Hai đường dây giống nhau mắc song song có thể truyền công suất gấp đôi một đường dây Đường cong công suất của một và hai đường dây được trình bày trong hình 7 Nếu cả hai đường dây đều hoạt động và công suất truyền là 0.5Pmax, góc lệch pha giữa điện áp nguồn phát và nguồn thu là 30°, tương ứng điểm làm việc ổn định nhất Liên kết giữa S và R được xem là chắc chắn

Tuy nhiên, nếu một trong hai đường dây đột nhiên bị ngắt (đứt), công suất phải truyền

đi trên đường dây còn lại Nhưng như chúng ta thấy trong hình 7, tương ứng với điểm 0.5Pmax, nếu chỉ có một đường dây, góc lệch pha là 90°( là giới hạn chuyển tiếp qua lại giữa vùng ổn định và không ổn định) Như vậy, đường dây còn lại không thể mang hết tải và nó có thể bị ngắn mạch, trừ khi đường dây còn lại nhanh chóng hoạt động lại

Hình 7

III.DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM:

Máy phát hay động cơ đồng bộ EMS 8241

Bộ đường dây truyền tải 3 pha EMS 8329

IV.PHẦN THÍ NGHIỆM:

Bước 1: Nối tiếp đường dây truyền tải 600Ω với đồng hồ đo công suất phản kháng và

các đầu nối cố định của bộ nguồn trên hình 8 Đo E, P, Q khi hở mạch

E= V; P= _V; Q= Var

Hình 8 Bước 2: Ngắt nguồn và nối cuộn stator của động cơ đồng bộ vào cuối đường dây truyền

tải Gắn thêm bánh đà trên rotor của động cơ đồng bộ Bật nguồn và quan sát sự khởi động của động cơ Thời gian khởi động là bao lâu?

Tkđ = giây

Đo các giá trị E, P, Q

E= V; P= W; Q= Var

Bước 3: Bây giờ, tại đầu và cuối của đường dây truyền tải điện kháng 600Ω, chúng ta

thêm vào 2 máy biến áp nâng và hạ áp như hình 9 Lặp lại thí nghiệm như bước 2

Hình 9

a) Hở mạch dòng điện, đo E, P, Q

E= V; P= _ W; Q= _Var

b) Khởi động động cơ đồng bộ ba pha Thời gian khởi động là bao lâu?

Tkđ = giây

Đo các giá trị E, P, Q

E= V; P= _ W; Q= _Var

So sánh với kết quả trong bước 2

Giải thích tại sao động cơ khởi động nhanh hơn ở bước hai, trong khi điện áp hở mạch E giống nhau

V.CÂU HỎI KIỂM TRA:

1 a)Một đường dây truyền tải 3 pha vận hành tại điện áp 300kV, điện kháng là 200Ω/ pha Tính công suất cực đại mà đường dây cung cấp theo đơn vị MW?

b)Tính góc lệch pha giữa đầu phát và đầu nhận khi công suất truyền trên đường dây là 100MW?

c)Tính công suất truyền trên đường dây ứng với góc lệch pha giữa đầu phát và đầu nhận là 1°, 4°, 16°, 32°?

2 a)Trong câu hỏi 1, nếu góc lệch pha giữa đầu phát và đầu nhận tăng từ 15° lên 20° thì công suất thực P của đường dây tăng lên bao nhiêu?

b) Nếu góc pha tăng từ 75° lên 80° thì lượng công suất thực tăng lên có giống như câu a)

c) Nếu điện áp đường dây truyền tải tăng lên 20%, thì khả năng tải của đường dây sẽ tăng lên bao nhiêu lần?

3 a) Hai đường dây truyền tải có điện kháng lần lượt là 100Ω và 200Ω được nối kết song song, điện áp định mức của đường dây là 100kV Hãy tính công suất cực đại mà cả hai đường dây có thể truyền tải?

b) Nếu công suất cung cấp của đường dây là 75MW, hãy tính góc lệch pha của điện áp giữa hai đầu đường dây?

Nếu đường dây 200Ω đột ngột bị ngắt ra khỏi mạch, hãy tính góc lệch pha mới của điện áp giữa hai đầu đường dây?