Giáo trình Cao áp - Chương 19

Giáo trình Cao áp Trường: BÁCH KHOA HÀ NỘI Giảng viên: TRẦN VĂN TỚP

Chương 19 : Cách điện của máy biến áp

19.1 Phân loại và đặc điểm cách điện của máy biến áp

9 Cách điện của máy biến áp nhất là khi máy biến áp có điện áp định mức cao là một kết cấu cách điện phức tạp, gồm nhiều kết cấu cách điện khác nhau làm việc trong điều kiện không giống nhau và có các đặc tính khác nhau

9 Khoảng cách không khí giữa các cách điện xuyên và theo bề mặt của chúng là cách điện bên ngoài, còn lại tất cả các điện nằm bên trong thùng kín là cách điện bên trong Cách điện bên trong lại được chia thành cách điện chính và cách điện dọc Ngoài thành phần cách điện chủ yếu tức là cách điện giữa cuộn dây các pha, giữa cuộn dây có điện áp khác nhau, giữa cuộn dây đối với đất (gông từ, vỏ thùng) còn phải chú ý đến thành phần cách điện dọc là cách điện giữa các vòng dây (đĩa dây lớp dây) trong cùng cuộn dây

9 Yêu cầu về độ bền cách điện của các phần tử cách điện riêng rẽ xác định bởi đặc điểm của quá trình quá độ trong cuộn dây khi có sóng quá điện áp

9 Nếu trung tính của máy biến áp nối đất thì điểm có điện áp lớn nhất trên cách điện chủ yếu là vào khoảng 1/3 chiều dài từ đầu cuộn dây và có thể lớn hơn 15-20% điện áp tác dụng

9 Trường hợp trung tính cách điện điện áp xung kích lớn nhất xuất hiện ở phía cuối cuộn dây có thể lớn hơn điện

áp tác dung 50-80%

9 Nếu sóng quá điện áp có độ dốc lớn thì trên cách điện dọc xuất hiện điện áp lớn hơn điện áp ở chế độ bình thường hơn 10 lần Điện áp lớn nhất trên cách điện dọc xuất hiện khi có sóng cắt truyền vào, sóng này xuất hiện do phóng điện trên cách điện nào đó nằm gần phía trước máy biến áp Do điện cảm của các dây dẫn điện

áp trên máy biến áp khi có sóng cắt sẽ có tính chất giao động, điện áp lớn nhất đạt 1,6 lần biên độ sóng cắt

9 Tác dụng của sóng cắt bày tương đương với tác dụng của sóng đầy đủ có biên độ 1,6Ucp

9 Do những đặc điểm này của máy biến áp với xung quá điện áp, nên kích thước và kết cấu của cách điện dọc trong máy biến áp xác định bởi quá điện áp khí quyển Để hạn chế điện áp trên cách điện dọc khi có tác động của xung điện áp, các màn che kiểu tụ điện được sử dụng

9 kích thước của cách điện chủ yếu trước đây cũng được xác định bởi quá điện áp khí quyển Tuy nhiên hiện nay tình hình có thay đổi do việc đưa vào vận hành các hệ thống siêu cao áp (điện áp 330 kV trở lên), mà đối với các cấp điện áp này quá điện áp nội bộ lại trở thành quan trọng hơn Nếu như loqị quá điện áp nội bộ được giới hạn có hiệu quả tốt thì độ bền cách điện dài hạn sẽ là yếu tố chủ yếu để lựa chọn cách điện chủ yếu của máy biến áp

9 Kết cấu cách điện của máy biến áp lực còn phụ thuộc vào cuộn dây và mạch từ của máy biến áp do khi làm việc trên các bộ phận này sẽ sinh ra một lượng nhiệt khá lớn Vì vậy cách điện còn phải đảm bảo cho máy biến

áp tản nhiệt tốt

19.2 Kết cấu cách điện của máy biến áp

9 Môi trường cách điện trong máy biến áp là dầu biến áp phối hợp với điện môi rắn (các tông cách điện bakêlit, giấy vải cách điện) Điện môi rắn được sử dụng dưới các hình thức lớp bọc, lớp cách và màn chắn

* Lớp bọc là các vật liệu cách điện tương đối mỏng (lớp sơn hoặc giấy bọc điện cực có chiều dày không

quá 1-2 mm.) Tác dụng chủ yếu của nó là hạn chế việc hình thành các cầu dẫn điện trong dầu Theo kết quả thực nghiệm trong trường gần đồng nhất do có lớp bọc nên điện áp phóng điện tần số còng nghiệp của khe hở dầu có thể tăng 50% và cao hơn

* Lớp cách là lớp cách điện khá dày (hàng chục mm) quấn quanh dây dẫn Nó làm giảm cường độ trường

ở xung quanh cực nên được sử dụng ở những nơi trường không đồng nhất như dùng để bọc dây dẫn của cuộn dây, bọc dày ở nơi có khe dầu lớn

* Màn chắn : Trong máy biến áp màn chắn thường chế tạo bằng các tông cách điện bakêlit Khi đìa trong

trường không đồng nhất (khe hở dầu) tác dụng của màn chắn tương tự như trong khe hở khí : đặt ở khu vực trường cực đại có thể làm cho điện áp phóng điện tần số công nghiệp tăng hơn hai lần Nhưng khi có màn chắn thì sự ion hóa ở khu vực có điện trường mạnh sẽ xuấl hiện rất sớm (trước khi có phóng điện) Tình trạng này kéo dài sẽ không có lợi vl quả tình ion hoá sẽ phân hóa dầu và phá hủy màn chắn Do đó biện pháp này chỉ dùng trong các trường hợp cần tăng cường điện áp phóng điện khi điện áp tác dụng trong thời gian ngắn như các loại qúa diện áp nội bộ

9 Trong trường gần đồng nhất màn chắn có tác dụng ngăn cản sự hình thành các cầu dẫn điện trong dầu

9 các nét chinh về kết cấu của cách điện chủ yếu của các

máy biến áp từ 35 kV trở xuống Cường độ trường lớn

nhất là ở đầu cuộn dây cao áp nên ống cách điện 2 và

tấm chắn cách điện 5 cần có kích thước đủ lớn để ngăn

cản phóng điện tới lõi thép và gông từ

ống chắn cách điện; 2- Tấm cách điện phẳng ; 3- Tấm cách điện góc ; 4- Cuộn dây cao áp; 5- Gông từ

A và B là khoảng cách cách điện chính

9 Cách điện của cuộn dây cao áp đối với cuộn dây hạ áp

được thực hiện tương tự như đổi với lõi thép ớ các máy

biến áp 110 kV trở lên do cường độ điện trường lớn nên

kết cấu cách điện càng phức tạp hơn Trên tất cả các

đường có ống có khả năng phóng điện đều phải đặt

màn chắn (ống cách điện tấm chắn cách điện phẳng

hoặc vuông góc) với số lượng từ hai trở lên

Kết cầu cách điện của máy biến áp 110 kV : CA ; cuộn

dây cao áp ; HA- Cuộn dây hạ áp

9 Khi đầu cao áp lấy từ giữa cuộn dây trong máy biến áp có điểm trung tính nối đất thì kết cấu cách điện được giảm nhẹ đi nhiều Đầu cao áp ở giữa cuộn dây được cách xa lôi thép và gông từ nên dễ thực hiện cách điện,

đồng thời đầu và cuối cuộn dây là nơi gần lõi thép, gông từ thì được nối với nhau làm điểm trung tính có điện áp thấm và yêu yêu cầu cách điện không cao

9 Hình vẽ sau cho cách bố trí cách điện bên trong của máy biến áp ba dây quấn 220/110/35 kV trong đó cuộn dây 220 kV có đấu ra ở giữa Cách điện ở các điểm trung tlnh của cuộn dây 220 và 110 kV được giảm đi một cấp nghĩa là của cuộn 220 kV được chọn theo mức cách điện của cấp điện áp 110 kV và của cuộn 110 kV

được chọn theo 35 kV

Kết cấu cách điện bên trong của máy biến áp ba dây quấn 220/110/35 kV có đầu ra ở giữa cuộn dây CA- cuộn dây cao

áp ; TA- Cuộn dây trung áp ; HA- Cuộn dây hạ áp

9 Trong hệ thống có điểm trung tinh trực tiếp nối đất vẫn có một số máy biến áp mà điểm trung tinh đặt cách điện

đối với đất, kết cấu cách điện của chúng không có gi khác so với loại máy biến áp có điểm trung tinh được nói

đất vì điểm trung tính đã được bảo vệ bằng chống sét van có điện áp định mức phù hợp với điện áp được chọn thiết kề củả điềm trung tính

9 Cách điện giữa các vòng dây được thực hiện bằng các lớp vlải còn giữa các lớp dây đĩa dây thì dùng giấy hoặc các khe hở dầu cô màn chắn

19.3 Quá trình quá độ và Phân bố điện áp trong cuộn dây máy biến áp

19.3.1 Sơ đồ thay thế cuộn dây máy biến áp

9 Chiều dài của cuộn dây máy biên áp có thể tới vài km cho nên khi đóng máy biến áp vào nguồn hoặc khi có qúa điện áp thì trong cuộn dây sẽ có quá trình giao động tương tự như quá trình sóng trên đường dây Sơ đồ thay thế của cuộn dây máy biến áp có phức tạp hơn trên hình sau ngoài thành phần điện cảm của dây dẫn và

điện dung của nó đối với đất còn htêm hai thành phần khác là điện dung giữa các vòng dây hay đoạn dây gần nhau K và điện cảm tương hỗ M(x) củamỗi vòng dây đối với số vòng còn lại của cuộn dây

Sơ đồ thay thế của cuộn dây của máy biến áp

9 Thường các số liệu L, C, K là trị số trung bình của đơn vị dài và sơ đồ của cuộn dây được biểu thị dưới dạng sơ

đồ có tham số phân bố Tuy nhiên sự thay thế này chưa chính xác vì số phần tử ccủa cuộn dây của máy biến

áp có hạn mà không phải là vô cùng Trị số hỗ cảm M(x) rất khó xác định và và gây nhiều khó khăn trong quá trình tính toán nên không xét đến

9 Chúng ta giả thiết rằng khi có qúa điện áp, dòng điện chỉ đi qua điện kháng dung dẫn bằng cách sử dụng điện dung K của một phần nào đó của cuộn dây so với các phần bên cạnh và điện dung C của cuộn dây so với đất

Để đơn giản hoá chúng ta không xét điện dung giữa các cuộn dây khác nhau

9 Với điều kiên này, ta có sơ đồ tương đương cuộn dây máy biến áp như vẽ

C

C'' C'

u

A

X

6

5 4

3

K

C

1

2

K

C C

K K K K

Mặt cắt và sơ đồ tương đương cuộn dây máy biến áp 1- dây dẫn; 2- phần nối đất; 3-6 : màn chắn tĩnh điện đặt gần những vòng dây đầu tiên

9 K là điện dung giữa các vòng dây của cuộn dây, C là điện dung của các phần tử cuộn dây với các phần nối đất Sơ đồ tương đương trên còn bao gồm cả các điện cảm L' của các hần tử của cuộn dây và các điện dung C'e, C''e, C'''e giữa các màn chắn với cuộn dây

9 Do các điện dung K mắc nối tiếp, điện dung dọc theo

cuộn dây (điện dung ngang) bằng:

n K K

K en = =

∑ 1

1

n là số phần tử (các cuộn dây) tạo thành cuộn dây

9 Các điện dung đối với đất mắc song song, điện dung

của các cuộn dây đối với đất (điện dung dọc)

bằng :C t =∑C=nC

9 Ta có thể thay thế các điện Ken và Ct bằng một điện

dung đầu vào duy nhất :

en t

9 Khi phân tích hiện tượng xảy ra trong máy biến áp lúc

quá điện áp, chúng ta đi từ giả thiết là sóng tới máy biến

áp có độ dài vô cùng và dạng vuông góc lan truyền dọc

theo đương truyền sóng với vần tốc

LC

v= 1 trong đó L và C là điện cảm là điện dung đơn ị dài của đường dây Một đặc tính quan trọng của

đường dây là tổn trở sóng

C

L

đường dây trên không nó có trị số nằm trong khoảng từ 350 đến 450Ω; và đối với đường cáp do

điện dung tăng lên đáng kể, Zc vào khoảng 50Ω Tổng trở của máy biến áp lớn hơn rất nhiều, thay

đổi tuỳ thuộc vào bản chất và tần số dao động Chúng ta biết rằng khi có sóng điện áp đi qua một mạch điện có tổng trở Zc bé hơn (trường hợp

đường dây) sang một mạch có tổng trở lớn hơn,

điện áp trên máy biến áp tăng lên và tối đa bằng hai lần điện áp sóng tới Khoảng thời gian để điện

áp tên máy biến áp tăng từ Uo đến giá trị 2Uo rất ngắn

chỉ vào khoảng 0,1μs Trong khoảng thời gian này hầu

như tức thời, mạch điện dung sẽ nạp, do đó phân bố

ban đầu điện áp dọc theo cuộn dây của máy biến áp

hoàn toàn có thể rất khác so với phân bố điện áp ở

chế độ làm việc bình thường

9 vì quá trình quá độ cuộn dây máy biến áp là tổ hợp phức hợp điện dung và điện kháng, bước chuyển từ trạng thái ban đầu đến xác lập xảy ra theo quá trình giao động tắt dần do hiệu ứng điện trở của cuộn dây và dẫn điện của cách điệ

19.3.2 Phân bố điện áp ban đầu dọc theo cuộn dây của máy biến áp

9 Chúng ta phân tích sơ đồ tương đương và giả thiết rằng đầu cuối X của cuộn dây được nối đất Cần xác định phân bố điện áp khởi đầu trên cuộn dây khi mà điện áp tác dụng lên các vòng dây đầu tiên đạt giá trị cực đại

Um Do tần số khá cao, nên ta có thể coi rằng dòng điện không đi qua các vòng dây này vì trở kháng của nó

ωaL' rất lớn (ωa=2πfa và fa= 1/Ta) và chỉ đi qua các điện dung ngang 1/ωK và các điện dung dọc 1/ωC Khi tính phân bố điện áp khởi đầu, ta coi rằng điện kháng ωaL' là vô cùng lớn, do vậy phân bố điện áp chỉ phụ thuộc vào các điện dung này như trên hình b (phần sơ đồ vẽ bằng nét đứt có thể bỏ qua)

9 Nếu không có điện dung đối với đất (C=0), tất cả các điện dung K sẽ ghép nối tiếp, qua mạch chỉ có một dòng

điện đi qua Nếu các điện dung K là như nhau ta có một phân bố áp đều dọc theo cuộn dây Trên hình 19.5a, phân bố áp như thế này được biểu diễn bởi một đường thẳng xiên góc nối điểm M và N tương ứng với đầu vào của cuộn dây có điện áp bằng U và cuối cuộn dây có thế bằng không.à

b) 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0

1,0

0,2 0

0,8 0,6 0,4

a) 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0

1,0

0,2

0

0,8 0,6 0,4

α=0

α=5 α=10

α=1

α=5 α=10

α=0

M

N

Um

u

Um

u

Phân bố điện áp khởi đấu

a) trung tính nối đất b) trung tính cách điện

9 Ngược lại nếu ta coi các điện dung ngang bằng không (K=0), mạch điện hướng về phía đất chỉ qua các điện dung C đầu tiên kể từ đầu cuọn dây Điều đó có nghĩa là tất cả điện áp tập trung tại những vòng sây đầu tiên Phân bố áp như thế này được thể hiện băngf đường thẳng đứng nối điểm M với gốc toạ độ như trên hình

9 Do đó phân bố áp dọc theo cuộn dây nằm giữa các trường hợp này Chúng ta xem xét một số trường hợp đặc biệt Giả thiết cuộn dât cao áp có 5 phần tử (n=5) và điện dung C=K

9 Gọi U1, U2, U3, U4, U5 là điện áp trên các cực của tụ điện Ta có

C

q C

q

1 = = trong đó q1 là điện tích của tụ

điện C đầu tiên kể từ phía đầu cuối cuộn dây Do các điện dung C và K mắc nối tiếp nên qI=q Trong trường

hợp này điện áp

C

q

C

q U

1

2q + q=3q Điều này cho phép xác định điện tích q3, U C q3

C

q C

q C

q C

q U

II

=

3

vậy q3=5q Tiếp tục như thế ta sẽ có điện tích được thể hiện trên hình

A K

U

X

qv qiv qiii qii qi

b

A K

U

X

Phân bố điện áp dọc theo cuộn dây

9 Phân tích toán học cho thấy điện áp phân bố dọc theo cuộn dây theo luật hyperbolique và điện áp ux so với đất tại điểm nào đó cách cuối cuộn dây khoảng cách là x có thể hoàn toàn xác định Bằng việc ấn định chiều dài cuộn dây bằng đơn vị, ta có thể tính một vi phân khoảng cách cuộn dây dx, điện dung dọc Cdx và tham số ngang Kdx, (hình a)

Kendx

dux

Qx

-dQx

Qx -dQx

1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0

1,0

0,2

0

0,8 0,6 0,4

1 2

3 4

Phân bố điện áp dọc theo mạch điện dung của cuộn dây khi một đầu của nó nối đất

9 Điện áp ux ở khoảng cách x từ đầu cuối X cuộn

dây nối đất được xác đinh khi có điện áp không

Um ở đầu vào cuộn dây bằng cách giải phương

trình vi phân đôi với điện tích Kdx:

dx K

du Q en

x

9 và điện áp tác dụng lên điện dung Cqdx :

dx C

dQ u t

x

x = (19 3)

9 Sau khi tìm đao hàm và thay thế nó vào phương

trình ta :

0

2

2

=

en

t

K

C dx

u d

9 Nghiệm của phương trình này như ta biết có

dạng:

x x

u = 1 α + 2 ưα (19 5)

en

C /

=

D1 và D2 là các hằng số

9 Sử dụng các điều kiện biên:

⎪⎩

⎪

⎨

⎧

=

= +

=

=

= +

0 0

2 1

2 1

x

1 x

D D u

U e D e D u x

m x x

(19 6)

9 ta có thể xác định các hằng số D1 và D2 từ đó tìm được phân bố điện áp khởi đầu :

α

α

sh

x sh U

9 Như chúng ta thấy trên hình b phân bố điện áp khởi đầu

với tỷ số biến đổi trong thức tế α= 10 đến 5 (đường

cong 1 và 2) Sự bất thường tăng khi α tăng, nghĩa là

khi điện dung dọc tăng và điện dung ngang giảm

9 Trong trường hợp phân bố đều điện áp được mô tả theo

đường cong 4, tương ứng với α≈0, khi mà :

x U x U sh

x sh U

u x = m ≈ m = m

α

α α

9 Phần tử đầu tiên Δx của cuộn dây được đặt dưới điện

áp :

x U

u= mΔ

9 Trong các cuộn dây thực (α>3), điện áp tác dụng lên

phần tử đầu tiên có dạng:

(U cth ) x U x x

dx

du

x

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

= Δ

=

1

α α

9 Điện áp này bằng α lần so với trường hợp phân bố

đều Hiện tượng xâm nhập sóng điện áp vào cuộn dây máy biến áp có thể phân tích một cách khá thuận tiện với giả thiết là sóng có dạng vuông góc Trong trường hợp này, điện áp Um trong khoảng thời gian đầu sóng tác dụng lên các vòng dây đầu tiên giữ không đổi và đến cuối một khoảng thời gian nào

đó tất cả các điểm trên cuộn dây một thế cố định Phân bố áp như thế này gọi là phân bố cuối cúng

9 Trong một cuộn dây mà một đầu nối đất, phân bố điện áp cuối cùng là tuyến tính ux=Umx

9 Hiện tượng sóng quá điện áp xâm nhập vào cuộn dây thể hiện bước chuyển từ phân bố điện áp ban đầu với thời gian đầu sóng τf≈ 0 sang phân bố điện áp cuối cùng với τ=∞

9 Trong trường hợp điểm trung tính cách điện thì:

α

α

ch l

x ch U

u x m

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

9 với α= C / t K en và l là chiều dài cuộn dây Phân bố điện áp dọc theo cuộn dây với các giá trị α và chế độ

điểm trung tính khác nhau được thể hiện trên hình Trong các máy biến áp hiện nay, α bằng từ 5 đến 15, điều

đó cho thấy phân bố điện áp hầu như giống nau trong hai trường hợp

9 Để tính độ bền điện của cuộn dây, chúng ta cần biết gradient điện áp giữa hai phần tử liền kề (vòng dây,

bobine) Trị số gradient này xác định được xác định bở đạo hàm bậc

x

u

x

∂

∂

< Nếu xét với α≥3, ta

thα ≈ cthα ≈ 1, thì với hai trường hợp trên ta có:

α

l

U x

u l x

∂

∂

9 Hệ số thứ nhất của phương trình này cho ta giá trị gradient điện áp với phân bố đều điện áp dọc theo cuộn dây

và số hạng thứ hai chỉ ra thời điểm thứ hai chỉ ra vào thời điểm ban đầu các phần tử của cuộn dây gần đầu vào nhất sẽ có điện áp bằ α=10 đến15 lần điện áp với phân bố đều Từ đó thấy rằng sự cần thiết có những sự thận trọng đối với bảo vệ cách điện chống phóng điện

19.3.3 Giao động riêng của cuộn dây

9 Vì sơ đồ tương đương của cuộn dây gồm các điện dung cvà các điện cảm là một mạch dao động, nên bước chuyển từ phân bố ban đầu sang phân bố cuối cùng tại từng điểm của cuộn dây là hiện tượng dao động

9 Dạng tổng quát của điện áp tại điểm x của cuộn dây:

( )t x

U x

U t x

u( , )= ( )bd +∑∞ k( )cosωk (19 13)

bd

x

U( ) là phân bố cuối cùng điện áp và U x ( )k t

k

k( )cosω 1

∑∞

=

là các giao động riêng của cuộn dây

9 Tiếp theo tổn hao trên các điện trở, các giao động này biến mất nhanh chóng Biên độ lớn nhất của các giao

động này và trị số quá áp tăng theo sự chênh lệch giữa phân bố ban đaàu và phân bố cuối cùng

9 Nếu phân tích chi tiết ta có thể nói : quá trình xảy ra trong cuộn dây máy biến áp có tính chu kỳ và tắt dần theo hàm mũ; điện áp biến thiên trong không gian và thời gian tuỳ theo toạ độ x, có nghĩa là dọc theo cuộn dây và tại từng thời điểm tại mỗi điểm của cuộn dây

9

b) a)

N

u

x/l

M

1

0 1

0

N'

u

x/l

1

0 1

M

X A

X A

0

3

2

1

3 2

1

∑U ( x )

k Quá trình quá độ trong cuộn dây máy biến áp a) và c)- trung

tính nối đất; b) và d) – trung tính cách điện

1 – phân bố khởi đầu;

2 – phân bố cuối cùng;

3- điện áp lớn nhất

9 Phân bố cuối cùng của điện áp (đường MN và MN') có thể xem như các trục mà giao động xảy ra xung quanh chúng Giới hạn giao động có thể nằm trong vùng gạch chéo trên hình;

9 Chúng ta có thể phát triển chênh lệch giữa phân bố ban đầu và phân bố cuối cùng bằng chuỗi sóng hài : đối với máy biến trung tính nối đất, ta có chuỗi các sóng bậc nhất, bậc hai, ba v.v (hình c); đối với máy biến áp máy biến áp trung tính cách điện ta có chuỗi các sóng hài ẳ, ắ, v.v (hình d); trong khoảng thời gian, các sóng hài bậc cao sẽ giao động với tần số fn tỷ lệ với bậc sóng hài ν

9 Điện áp hài các thứ bậc khác nhau lan truyền dọc theo cuộn dây với các vận tốc khác nhau và vì thế sóng điện

áp khi xâm nhập vào cuộn dây sẽ bị biến dạng liên tục

9 sự biến thiên này với máy biến áp trung tính nối đất và hình b với trung tính cách điện

b) a)

X A

u/2U m

0

X A

0,4 0,2 0,6 0,8

0 0,4 0,2 0,6 0,8

1

0,4

0,2 0,6 0,8 1,2

u/2U m

1

0,4 0,2 0,6 0,8 1,2 1,4 1,6 1,8 2

Điện áp lớn nhất

Cuối cùng t=∞

Ban đầu t=0 t=T/6

t=T/3 t=T/2 t=2T/3

Điện áp lớn nhất

Cuối cùng t

Ban đầu t=0 t=T/6

t=T/3 t=T/2

tại thời điểm khác nhau a) – trung tính nối đất; b) – trung tính cách điện

19.3.4 Đặc điểm của quá trình quá độ trong máy biến áp ba pha

9 Trên đã xét quá trình qúa độ trong một pha của máy biến áp khi không xét đến ảnh hưởng của các pha khác

9 Đối với máy biến áp ba pha có điểm trung tính nối đất, cách tính toán này hoàn toàn hợp lý vì trong lõi thép từng pha không có từ thông của các pha khác nên quá trình quá độ không ảnh lẫn nhau

9 Nếu điểm trung tính cách điện đối với đất, kết quả tính toán trên vẫn dùng được khi sóng đồng thời xuất hiện trên cả ba pha (cùng trị số và dạng sóng)

9 Nghiên cứu trường hợp sóng chỉ xuất hiện trên hai pha của máy biến áp (có điểm trung tính cách điện đối với

đất) như trên hình sau

Sóng tác dụng lên hai pha của máy biến áp ba pha

9 Ví pha thứ ba được nối với dâyd ẫn không có sóng điện áp nên điện áp ở đầu cuộn dây phải giữ gần bằng không Như vậy điểm này có thể xem như được nối đất và trở lại bài toán của máy biến áp có điểm trung tính nối đất với cuộn dây được kéo dài và không đồng nhất Sự phân bố điện áp ban đầu và lúc ổn định cho trên hình vẽ

Phân bố điện áp trong máy biến áp ba pha khi sóng tác dụng lên hai pha (hình a) và một pha (hình b) :

1- Phân bố lúc ban đầu ; 2- Phân bố lúc ổn định ; 3- Đường cong trị số điện áp cực đại

9 Từ các ví dụ trên thấy rằng trường hợp nguy hiểm nhất đối với cách điện chủ yếu của máy biến áp có điểm trung tính cách điện là khi sóng đồng thời tác dung lên cả ca pha và được chọn làm điều kiện tính toán thiết kế

máy biên áp

19.3.5 Qúa trình quá độ trong cuộn dày máy biến áp tự ngẫu

9 Hình vẽ dưới đây cho cách bố trí các cuộn dây điện áp khác nhau trong máy biến áp tự ngẫu Đầu cao áp được

bố trí phía giữa cuộn dây Khi điện áp tác dụng phía cao áp (điểm B) trong khi phía trung áp (điểm C) hở mạch thì quá trình quá độ phát triển giống như trong máy biến áp một pha có điểm trung tính nối đất

Phân bố điện áp trong máy biến áp tự ngẫu khi sóng tác dụng phía cao áp :

1- Phân bố lúc ban đầu ; 2- Phân bố lúc ổn định ; 3- Đường cong trị số điện áp cực đại

9 Khi sóng tác dụng lên cuộn dây trung áp (điểm C) trong khi pha cao áp hở mạch (điểm B) thì quá trình có khác Phân bố điện áp (lúc ban đầu cũng như lúc ổn định) trong cuộn trung áp giống như của máy biến áp có điểm trung tính nối đất

9 Nếu xét điện áp ở đầu cao áp (điểm B) thấy rằng :

9 Lúc ban đầu điện áp phân bố trong cuộn cao áp theo đường 1 ứng với trường hợp truyền sóng khi điểm B hở mạch; lúc ổn định, do trong cuộn trung áp có dòng điện và giữa hai cuộn dây có liên hệ với nhau về từ nên điện

áp ở đầu cuộn cao áp sẽ là :

( ) o o

U + ư1 = k là tỷ số biến (19 14)

9 còn ở cuối cuộn dây cao áp (điểm C) sẽ có trị số 2Uo Phân bố điện áp sẽ theo đường 2’(trên hình c đường 2’

được vẽ với tỷ số k= 2)

9 Đường 3’ là tập hợp các trị số điện áp cực đại của cuộn cao áp điện áp điểm B cóthể đạt tới 4Uo nhưng thực tế

đo được không vượt quá 3Uo do sự tắt dần của các giao động tự do do

19.4 Bảo vệ bên trong của máy biến áp

9 Quá trình quá độ trong cuộn dày máy biến áp làm xuất hiện

građiên điện áp cực đại nguy hiểm cho cách điện dọc đồng

thời còn tạo nên sự tăng điện áp đối với đất gây nguy hiểm

cho cách điện chủ yếu của máy biến áp Vì vậy để cải thiện

điểu kiện làm việc của cách điện cần phải có biện pháp bảo

vệ mà nội dung cơ bản là triệt tiêu hoặc hạn chế giao động

trong cuộn dây máy biến áp nghĩa là thực hiện sao cho phân

bố điện áp lúc ban đầu được gần giống với lúc ổn định Có hai

biện pháp để cải thiện phân bổ điện áp như ở trên hình a và b

Trong sơ đồ 19.13a dùng các điện dung phụ C1, C2, Cn với

các trị số thích hợp sao cho dòng điện tản qua điện dung C là

do nguồn cung cấp qua chúng

9 Như vậy dòng điện qua các điện dung K sẽ bằng nhau và phân bố điện áp ban đầu đã đạt được dạng đường thẳng xiên góc Trị số Ck được tinh theo điều kiện (giả thiếtcưộn dày có chiếu dải l và chia n phần tử) :