Tải bản đầy đủ
Hiện tượng nhảy vọt từ hoá máy biến áp

Hiện tượng nhảy vọt từ hoá máy biến áp

Tải bản đầy đủ

84

1.2.

Tóm tắt lý thuyết

Hình 5-1 thể hiện dạng sóng của điện áp sơ cấp (E P), dòng từ hóa và từ thông
trong máy biến áp khi để hở cuộn thứ cấp.

Hình 5-1. Dạng sóng của điện áp, dòng từ hóa và từ thông trong máy biến áp
Ta thấy từ thống thay đổi từ giá trị cực âm (-Φmax) sang giá trị cực dương
(+Φmax) trong nửa chu kỳ đầu của điện áp và ngược lại. Mặt khác, giá trị biến thiên
của từ thông trong nửa chu kỳ của sóng điện áp bằng hai lần giá trị từ thông cực đại
(2Φmax). (hình 5-1) cho thấy dòng từ hóa tăng nhanh khi từ thông tiến đến gần giá
trị cực đại. Đó là lý do hầu hết các máy biến áp được thiết kế sao cho lõi thép gần
bão hòa khi từ thông có giá trị gần bằng -Φmax hoặc +Φmax. (Hình 5-2) chỉ ra từ
thông +Φmax hoặc -Φmax thì nằm trong vùng bão hòa trên đường đặc tính từ hóa của
máy biến áp.

85

Hình 5-2. Đặc tính từ hóa của máy biến áp
(Hình 5-1) và (hình 5-2) cho thấy từ thông không giảm tới 0 khi giá trị của
dòng từ hóa giảm tới 0. Giá trị từ thông này được gọi là từ dư (Φd). Giá trị từ dư
phụ thuộc vào đặc tính từ hóa của máy biến áp. Khi công suất đặt vào cuộn sơ cấp,
từ thông Φd có thể âm hoặc dương phụ thuộc vào thời điểm đóng máy biến áp.
Hình 5-3 thể hiện sự nhảy vọt dòng từ hóa trong máy biến áp khi máy biến
áp được cấp nguồn. Trong thí dụ này, điện áp đặt vào ngay nửa chu kỳ dương của
sóng điện áp và lúc đó từ dư đang có giá trị dương. Trong suốt nửa chu kỳ dương
của sóng điện áp, từ thông tăng thấp hơn 2Φmax (do tổn thất trong mạch tăng), do đó
giá trị lớn nhất nhỏ hơn (2Φmax + Φd). Đây là giá trị lớn nhất của từ thông làm cho
lõi thép máy biến áp bão hòa và giá trị dòng từ hóa tăng đột ngột, vì đặc tính từ hóa
của máy biến áp nằm từ cùng chuyển tiếp đến vùng bão hòa. Trong nửa đầu chu kỳ
âm của sóng điện áp, từ thông giảm bằng 2Φmax và dòng từ hóa cũng giảm. Giá trị
từ thông nhỏ hơn Φd và dòng từ hóa xấp xỉ bằng 0.

86

Hình 5-3. Nhảy vọt dòng từ hóa trong máy biến áp
Do tổn thất trong mạch, từ thông và dòng từ hóa từ từ trở về trạng thái cân bằng.
Máy biến áp lớn, tỷ lệ tổn thất thấp hơn và thời gian yêu cầu dài hơn để trở lại trạng
thái cân bằng. (Hình 5-4) thể hiện sự giảm dần của dòng từ hóa tới giá trị ở trạng
thái thường trực trong khoảng 10 chu kỳ của sóng điện áp cấp cho máy biến áp.
Tuy nhiên, trong thực tế thời gian yêu cầu để dòng từ hóa ổn định là 1s đối với máy
biến áp nhỏ và nhiều giây đối với máy biến áp lớn.

Hình 5-4. Sự giảm dần của dòng từ hóa trong máy biến áp

87

Hiện tượng nhảy vọt từ hóa máy biến áp là một hiện tượng tức thời rất thườn
xảy ra mỗi khi máy biến áp được cung cấp điện. Cường độ của dòng từ hóa phụ
thuộc vào từ dư và góc pha của dạng sóng điện áp tại thời điểm máy biến áp được
cấp điện. Hai thông số này sẽ xác định được mức độ tăng cao của từ thông và dòng
điện từ hóa khi máy biến áp được cấp điện. Trường hợp xấu nhất khi hai thông số
từ dư và góc lệch pha của dạng sóng điện áp thích hợp dẫn đến dòng nhảy vọt từ
hóa khá cao. Các trường hợp còn lại đều dẫn đến cường độ của dòng từ hóa nahyr
vọt thấp hơn. Do đó biên độ của dòng từ hóa tại thời điểm máy biến áp được cấp
điện là không biết trước. Khi hiện tượng nhảy vọt từ hóa thấp, nó giống như dòng
từ hóa ở trạng thái thường trực. Mặt khác, dòng từ hóa có thể lớn hơn 10 hoặc 100
dòng IM khi dòng điện từ hóa là đáng kể.
Tóm tắt thí nghiệm
Trong phần đầu của bài thực hành, lắp đặt các thiết bị lên EMS Workstation
và Protective Relaying Control station.
Phần thứ hai, nối kết các thiết bị như (hình 5-5). Trong mạch này, cuộn sơ
cấp máy biến áp được kết nối với nguồn cố định qua Ampe kế và điện trở shunt,
cuộn thứ cấp máy biến áp để hở. Điện trở shunt nối với oscilloscope để quan sát
dạng sóng của cuộn sơ cấp máy biến áp. Mở, tắt nguồn nhiều lần và ghi lại giá trị
dòng sơ cấp của máy biến áp, so sánh dòng đỉnh từ hóa với dòng từ hóa định mức
và dòng định mức của máy biến áp.
1.3.

Thiết bị thí nghiệm

Power Supply, Faultable Transformers, AC Ammeter, AC Volmeter, EMS
Workstation, Interconnection Module, oscilloscope, Protective Relaying Control
Station, dây đai, dây cáp.
1.4.

Trình tự thí nghiệm

1. Lắp đặt các thiết bị Power Supply, Faultable Transformers, AC Ammeter,
AC Volmeter lên EMS Workstation.
Chắc chắn nguồn tắt và núm điều khiển điện áp ở vị trí 0. Nối Power Supply
với nguồn ba pha.
2. Lắp mạch như (hình 5-5).
Trên Faultable Transformers, kết nối OUTPUT TO SCOPE của CURRENT
SENSOR với oscilloscope.

88

Hình 5-5. Sơ đồ kết nối thiết bị trên Protective Relaying Control Station
3. Mở nguồn Power Supply.
Ghi lại giá trị dòng từ hóa của máy biến áp:
Dòng từ hóa:-------------A
Tắt nguồn Power Supply.
4. Trên Ampe kế AC, chỉnh giải đo là 1,5A.
5. Mở nguồn Power Supply trong khi đó quan sát dòng điện cuộn sơ cấp máy
biến áp ở Ampe kế I1.
Tắt nguồn Power Supply.
6. Lặp lại các thao tác trên ít nhất 10 lần.
Miêu tả hiện tượng xảy ra khi máy biến áp vừa được cấp nguồn.
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------7. Lặp lai thao tác 5 ít nhất 10 lần. Mỗi lần ghi lại giá trị của dòng điện đỉnh
hiển thị trên đồng hồ I1 vào (bảng 5 -2)
8. Quan sát các giá trị trong (bảng 5 -2). Có phải giá trị đỉnh của dòng điện
thay đổi rất lớn khi máy biến áp vừa được cấp nguồn? Giải thích

89

---------------------------------------------------------------------------------------------------So sánh giá trị đỉnh nhất trong (bảng 5-2) với dòng điện từ hóa được ghi ở
bước 3 và giá trị dòng điện định mức sơ cấp của máy biến áp.
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------9. Điều chỉnh bộ oscilloscope thích hợp để quan sát dạng sóng của dòng điện
sơ cấp máy biến áp khi máy biến áp vừa được cấp nguồn.
10. Mở Power Supply sau đó tắt.
Quan sát dạng sóng hiển thị trên màn hình oscilloscope. Biết rằng dòng điện
sơ cấp được sét qua điện trở 0,2Ω , đánh giá giá trị dòng điện đỉnh trong chu kỳ đầu
tiên của dạng sóng.
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------11. Lập lại các thao tác trên ít nhất 10 lần. Trong (hình 5-6) đến (hình 5-8) là
những dạng sóng được quan sát trên oscilloscope khi giá trị định mức của điện áp ở
cuộn sơ cấp là 120V.

90

Hình 5-6. Dạng sóng của dòng sơ cấp máy biến áp khi được cấp nguồn
So sánh giá trị đỉnh nhọn dòng điện với quan sát được ở chu kỳ đầu tiên của
sóng dòng điện sơ cấp (khi xảy ra hiện tượng nhảy vọt từ hóa máy biến áp) với giá
trị dòng từ hóa được ghi ở bước 4 và dòng sơ cấp định mức của máy biến áp.

Hình 5-7. Dạng sóng dòng sơ cấp của máy biến áp khi được cấp nguồn
(dòng nhảy vọt trung bình)

91

Hình 5-8. Dạng sóng dòng sơ cấp của máy biến áp khi được cấp nguồn
(không có dòng từ hóa nhảy vọt)
12. Tắt nguồn cung cấp Power Supply
Tắt nguồn DC Power Supply của Protective Relaying Control Station.
Tháo rời tất cả các dây nối và cáp.
1.5.

Kết luận

Bài thí nghiệm cho chúng ta biết được vẫn có dòng điện trong cuộn sơ cấp
ngay cả khi tải không được kết nối với cuộn thứ cấp của máy biến áp. Dòng này
được biết như dòng từ hóa, sinh ra từ thông cần thiết cho máy biến áp hoạt động. Ta
cũng biết được rằng mỗi khi máy biến áp được đóng nguồn thì thường xảy ra hiện
tượng nhảy vọt dòng điện từ hóa, cường độ dòng từ hóa thường không giống nhau
trong mọi trường hợp. Dòng từ hóa nhảy vọt có thể giống như dòng điện từ hóa
định mức của máy biến áp khi hiện tượng này là rất chậm. Nhưng trong một số
trường hợp, dòng điện nhảy vọt có thể tăng gấp hàng chục đến hàng trăm dòng điện
từ hóa định mức khi hiện tượng nhảy vọt từ hóa máy biến áp xảy ra dữ dội.
2. Bảo vệ so lệch máy biến áp điện lực ba pha
Mục tiêu:
- Lắp đặt được hệ thống bảo vệ so lệch máy biến áp điện lực ba pha
- Kiểm tra/xác định được hư hỏng/ thay thế các linh kiệntrong mạch.

92

2.1.

Mục đích thí nghiệm

Bài thí nghiệm giúp chúng ta làm quen với hệ thống bảo vệ so lệch cho máy
biến áp.
2.2.

Tóm tắt lý thuyết

Bảo vệ so lệch dọc được dùng làm bảo vệ chính trong máy biến áp công suất
từ 4 MVA trở lên, tuy nhiên, nhìn chung bảo vệ này cũng thường được áp dụng cho
các máy biến áp khi bảo vệ quá dòng không đáp ứng được các yêu cầu về độ chọn
lọc và độ nhạy. Các máy biến dòng được đặt ở tất cả các phí của máy biến áp được
bảo vệ. Thông thường bảo vệ so lệch dọc được thực hiện với hai rơ le trong mạch
so sánh, trong trường hợp sơ đồ với hai rơ le không đảm bảo độ nhạy cần thiết thì
sơ đồ dùng ba rơ le mới được áp dụng.
Các đặc điểm của bảo vệ so lệch máy biến áp
Dưới góc độ của dòng không cân bằng, bảo vệ dòng so lệch có nhiều khác
biệt so với các bảo vệ khác.

Hình 5-9. Sơ đồ nguyên lý bảo vệ so lệch máy biến áp ba cuộn dây
- Sự điều chỉnh hệ số biến áp làm phá vỡ sự cân bằng của dòng điện ở các
nhánh bảo vệ, có nghĩa là làm xuất hiện thành phần không cân bằng, đôi khi thành
phần này có giá trị khá cao.