Đang tải... (xem toàn văn)
Giáo trình Cao áp Trường: BÁCH KHOA HÀ NỘI Giảng viên: TRẦN VĂN TỚP
Phần III Chơng 19 : Cách điện của máy biến áp 1 Kỹ thuật điện áp cao PDF by http://www.ebook.edu.vn Chơng 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 đợc 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 Trờng 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 thờng 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 trớc 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 tơng đơng 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 thớc 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 đợc sử dụng. 9 kích thớc của cách điện chủ yếu trớc đây cũng đợc xác định bởi quá điện áp khí quyển. Tuy nhiên hiện nay tình hình có thay đổi do việc đa 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 nh loqị quá điện áp nội bộ đợc 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 lợng nhiệt khá lớn. Vì vậy cách điện còn phải đảm bảo cho máy biến áp tản nhiệt tốt. Phần III Chơng 19 : Cách điện của máy biến áp 2 Kỹ thuật điện áp cao PDF by http://www.ebook.edu.vn 19.2. Kết cấu cách điện của máy biến áp 9 Môi trờng 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 đợc sử dụng dới các hình thức lớp bọc, lớp cách và màn chắn. * Lớp bọc là các vật liệu cách điện tơng 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 trờng 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 cờng độ trờng ở xung quanh cực nên đợc sử dụng ở những nơi trờng không đồng nhất nh dùng để bọc dây dẫn của cuộn dây, bọc dày ở nơi có khe dầu lớn. * Màn chắn : Trong máy biến áp màn chắn thờng chế tạo bằng các tông cách điện bakêlit. Khi đìa trong trờng không đồng nhất (khe hở dầu) tác dụng của màn chắn tơng tự nh trong khe hở khí : đặt ở khu vực trờng cực đại có thể làm cho điện áp phóng điện tần số công nghiệp tăng hơn hai lần. Nhng khi có màn chắn thì sự ion hóa ở khu vực có điện trờng mạnh sẽ xuấl hiện rất sớm (trớc 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 trờng hợp cần tăng cờng điện áp phóng điện khi điện áp tác dụng trong thời gian ngắn nh các loại qúa diện áp nội bộ. 9 Trong trờng 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. Cờng độ trờng lớn nhất là ở đầu cuộn dây cao áp nên ống cách điện 2 và tấm chắn cách điện 5 cần có kích thớc 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 đợc thực hiện tơng tự nh đổi với lõi thép. ớ các máy biến áp 110 kV trở lên do cờng độ điện trờng lớn nên kết cấu cách điện càng phức tạp hơn. Trên tất cả các đờng 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 lợng từ hai trở lên. Kết cầu cách điện của máy biến áp 110 kV : CA ; cuộn Phần III Chơng 19 : Cách điện của máy biến áp 2 Kỹ thuật điện áp cao PDF by http://www.ebook.edu.vn 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 đợc giảm nhẹ đi nhiều. Đầu cao áp ở giữa cuộn dây đợc 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 đợc 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 đợc giảm đi một cấp nghĩa là của cuộn 220 kV đợc chọn theo mức cách điện của cấp điện áp 110 kV và của cuộn 110 kV đợc 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 đợc nói đất vì điểm trung tính đã đợc bảo vệ bằng chống sét van có điện áp định mức phù hợp với điện áp đợc chọn thiết kề củả điềm trung tính. 9 Cách điện giữa các vòng dây đợc 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 tơng tự nh quá trình sóng trên đờng 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 tơng hỗ M(x) củamỗi vòng dây đối với số vòng còn lại của cuộn dây. Phần III Chơng 19 : Cách điện của máy biến áp 1 Kỹ thuật điện áp cao PDF by http://www.ebook.edu.vn Sơ đồ thay thế của cuộn dây của máy biến áp. 9 Thờng các số liệu L, C, K là trị số trung bình của đơn vị dài và sơ đồ của cuộn dây đợc biểu thị dới dạng sơ đồ có tham số phân bố. Tuy nhiên sự thay thế này cha 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 tơng đơng cuộn dây máy biến áp nh vẽ. a)bA X C C''C'eC'''L'L'L'L' L' L'L'uAX6 5 43 K C 12 K KKK K K KC C C C CC C C C KC CK K KK Mặt cắt và sơ đồ tơng đơng 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 tơng đơng 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: nKKKen==11 (19. 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 :nCCCt== 9 Ta có thể thay thế các điện Ken và Ct bằng một điện dung đầu vào duy nhất : ententK.CC = 9 Khi phân tích hiện tợng 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 đơng truyền sóng với vần tốc LCv1= trong đó L và C là điện cảm là điện dung đơn ị dài của đờng dây. Một đặc tính quan trọng của đờng dây là tổn trở sóng CLZc= : đối với đờng dây trên không nó có trị số nằm trong khoảng từ 350 đến 450; và đối với đờng cáp do điện dung tăng lên đáng kể, Zc vào khoảng 50. 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 (trờng hợp đờng 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 Phần III Chơng 19 : Cách điện của máy biến áp 2 Kỹ thuật điện áp cao PDF by http://www.ebook.edu.vn áp tên máy biến áp tăng từ Uo đến giá trị 2Uo rất ngắn chỉ vào khoảng 0,1s. Trong khoảng thời gian này hầu nh 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 thờng. 9 vì quá trình quá độ cuộn dây máy biến áp là tổ hợp phức hợp điện dung và điện kháng, bớc 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 điệ19.3.2. Phân bố điện áp ban đầu dọc theo cuộn dây của máy biến áp 9 Chúng ta phân tích sơ đồ tơng đơng và giả thiết rằng đầu cuối X của cuộn dây đợc 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 aL' rất lớn (a=2fa và fa= 1/Ta) và chỉ đi qua các điện dung ngang 1/K và các điện dung dọc 1/C. Khi tính phân bố điện áp khởi đầu, ta coi rằng điện kháng aL' là vô cùng lớn, do vậy phân bố điện áp chỉ phụ thuộc vào các điện dung này nh 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 nh nhau ta có một phân bố áp đều dọc theo cuộn dây. Trên hình 19.5a, phân bố áp nh thế này đợc biểu diễn bởi một đờng thẳng xiên góc nối điểm M và N tơng ứng với đầu vào của cuộn dây có điện áp bằng U và cuối cuộn dây có thế bằng không. b)1,0 0,2 00,8 0,6 0,41,00,200,80,60,4a) 1,0 0,2 0 0,8 0,6 0,4 1,0 0,2 0 0,8 0,6 0,4 =0 =5 =10=1=5=10=0M NMN'x/l x/lUm u Um u Phân bố điện áp khởi đấu a) trung tính nối đất b) trung tính cách điện. 9 Ngợc lại nếu ta coi các điện dung ngang bằng không (K=0), mạch điện hớng 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 nh thế này đợc thể hiện băngf đờng thẳng đứng nối điểm M với gốc toạ độ nh trên hình. 9 Do đó phân bố áp dọc theo cuộn dây nằm giữa các trờng hợp này. Chúng ta xem xét một số trờng 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 CqCqU11== 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 trờng hợp này điện áp CqU22=, nhng vì Cq2CqCqCqUUI12=+=+= nên ta q2=2q. Tơng ứng qII = q2 + qI = 2q + q=3q. Điều này cho phép xác định điện tích q3, CqU33= hay Cq5Cq3Cq2CqUII2=+=+=3U, do vậy q3=5q. Tiếp tục nh thế ta sẽ có điện tích đợc thể hiện trên hình. Phần III Chơng 19 : Cách điện của máy biến áp 1 Kỹ thuật điện áp cao PDF by http://www.ebook.edu.vn a)A K U XK K K Kqv qiv qiiiqii qiq5 q4 q3 q2q1U5U4 U3U2U1bA K U XK K K K34q 13q 5q 2q q55q 21q 8q 3q q 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). a) b)A x Kendx dux Qx -dQx Qx -dQxU Ctdx 1,0 0,2 00,8 0,6 0,41,0 0,2 0 0,8 0,6 0,4 1 23 4dx x 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 đợc xác đinh khi có điện áp không Um ở đầu vào cuộn dây bằng cách giải phơng trình vi phân đôi với điện tích Kdx: dxKduQenxx= (19. 2) 9 và điện áp tác dụng lên điện dung Cqdx : dxCdQutxx= (19. 3) 9 Sau khi tìm đao hàm và thay thế nó vào phơng trình ta : 022=xentxuKCdxud (19. 4) 9 Nghiệm của phơng trình này nh ta biết có dạng: xxxeDeDu+=21 (19. 5) entKC/= nghiệm của phơng trình đặc trng: D1 và D2 là các hằng số. 9 Sử dụng các điều kiện biên: ==+===+=002121x 1x DDuUeDeDuxmxxx (19. 6) 9 ta có thể xác định các hằng số D1 và D2 từ đó tìm đợc phân bố điện áp khởi đầu : shxshUumx= (19. 7) Phần III Chơng 19 : Cách điện của máy biến áp 2 Kỹ thuật điện áp cao PDF by http://www.ebook.edu.vn 9 Nh chúng ta thấy trên hình b phân bố điện áp khởi đầu với tỷ số biến đổi trong thức tế = 10 đến 5 (đờng cong 1 và 2). Sự bất thờng tăng khi tăng, nghĩa là khi điện dung dọc tăng và điện dung ngang giảm. 9 Trong trờng hợp phân bố đều điện áp đợc mô tả theo đờng cong 4, tơng ứng với 0, khi mà : xUxUshxshUummmx== (19. 8) 9 Phần tử đầu tiên x của cuộn dây đợc đặt dới điện áp : xUum=. (19. 9) 9 Trong các cuộn dây thực (>3), điện áp tác dụng lên phần tử đầu tiên có dạng: ()xUxcthUxdxduummxx==== 1(19. 10) 9 Điện áp này bằng lần so với trờng hợp phân bố đều. Hiện tợng 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 trờng 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 nh 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 tợng sóng quá điện áp xâm nhập vào cuộn dây thể hiện bớc chuyển từ phân bố điện áp ban đầu với thời gian đầu sóng f 0 sang phân bố điện áp cuối cùng với =. 9 Trong trờng hợp điểm trung tính cách điện thì: chlxchUumx= (19. 11) 9 với entKC /= và l là chiều dài cuộn dây. Phân bố điện áp dọc theo cuộn dây với các giá trị và chế độ điểm trung tính khác nhau đợc thể hiện trên hình. Trong các máy biến áp hiện nay, bằng từ 5 đến 15, điều đó cho thấy phân bố điện áp hầu nh giống nau trong hai trờng 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 đợc xác định bở đạo hàm bậc xux<. Nếu xét với 3, ta th cth 1, thì với hai trờng hợp trên ta có: lUxulxx== (19. 12) 9 Hệ số thứ nhất của phơng 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 =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 tơng đơng của cuộn dây gồm các điện dung cvà các điện cảm là một mạch dao động, nên bớc chuyển từ phân bố ban đầu sang phân bố cuối cùng tại từng điểm của cuộn dây là hiện tợng dao động. 9 Dạng tổng quát của điện áp tại điểm x của cuộn dây: Phần III Chơng 19 : Cách điện của máy biến áp 2 Kỹ thuật điện áp cao PDF by http://www.ebook.edu.vn ()txUxUtxukkbdcos)()(),(+= (19. 13) bdxU)( là phân bố cuối cùng điện áp và ()txUkkkcos)(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 c) d) N' u x/l 1 0 1 M X A X A 0 3 2 1 3 21)x(Uk 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 (đờng MN và MN') có thể xem nh 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 . 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. Phần III Chơng 19 : Cách điện của máy biến áp 1 Kỹ thuật điện áp cao PDF by http://www.ebook.edu.vn b)a)XAu/2Um0XA0,4 0,20,60,800,4 0,20,60,810,40,20,60,81,2u/2Um10,40,20,60,81,21,41,61,82Điện áp lớn nhấtCuối cùng t=Ban đầu t=0t=T/6t=T/3t=T/2t=2T/3Điện áp lớn nhấtCuối cùngtBan đầu t=0t=T/6t=T/3t=T/2t=2T/3 Phân bố điện áp dọc theo cuộn dây 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 hởng 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 đợc khi sóng đồng thời xuất hiện trên cả ba pha (cùng trị số và dạng sóng). 9 Nghiên cứu trờng hợp sóng chỉ xuất hiện trên hai pha của máy biến áp (có điểm trung tính cách điện đối với đất) nh trên hình sau. Sóng tác dụng lên hai pha của máy biến áp ba pha. 9 Ví pha thứ ba đợc nối với dâyd ẫn không có sóng điện áp nên điện áp ở đầu cuộn dây phải giữ gần bằng không. Nh vậy điểm này có thể xem nh đợc nối đất và trở lại bài toán của máy biến áp có điểm trung tính nối đất với cuộn dây đợc 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- Đờng cong trị số điện áp cực đại. 9 Từ các ví dụ trên thấy rằng trờng 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 đợc chọn làm điều kiện tính toán thiết kế Phần III Chơng 19 : Cách điện của máy biến áp 2 Kỹ thuật điện áp cao PDF by http://www.ebook.edu.vn máy biên áp. 19.3.5. Qúa trình quá độ trong cuộn dày máy biến áp tự ngẫu 9 Hình vẽ dới đây cho cách bố trí các cuộn dây điện áp khác nhau trong máy biến áp tự ngẫu. Đầu cao áp đợc 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 nh 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- Đờng 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 nh lúc ổn định) trong cuộn trung áp giống nh 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 đờng 1 ứng với trờng 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 : ()oookUkUU =+1 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 đờng 2(trên hình c đờng 2 đợc vẽ với tỷ số k= 2). 9 Đờng 3 là tập hợp các trị số điện áp cực đại của cuộn cao áp điện áp điểm B cóthể đạt tới 4Uo nhng thực tế đo đợc không vợt 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 đợc gần giống với lúc ổn định. Có hai biện pháp để cải thiện phân bổ điện áp nh 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 Nh vậy dòng điện qua các điện dung K sẽ bằng nhau và phân bố điện áp ban đầu đã đạt đợc dạng đờng thẳng xiên góc. Trị số Ck đợc tinh theo điều kiện (giả thiếtcộn dày có chiếu dải l và chia n phần tử) : [...]... cầu cách điện của máy biến ¸p 110 kV : CA ; cuén Phần III Chơng 19 : Cách điện của máy biến áp 1 Kỹ thuật điện áp cao PDF by http://www.ebook.edu.vn Chơng 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... đó trong một phút. Máy biếin áp chịu đợc thí nghiệm nếu nó không bị phóng điện hoàn toàn. Khi thí rlghiệm có thể dùng nguồn điện áp ngoài hoặc dùng ngay điện áp cảm ứng trên cuộn dây cao áp của bản thân máy biến áp đang thí nghiệm. Lúc này sẽ cho tác dụng lên phía hạ áp một điện áp có trị Phần III Chơng 19 : Cách điện của máy biến áp 2 Kỹ thuật điện áp cao PDF by http://www.ebook.edu.vn... chắn cách điện 5 cần có kích thớc 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 đợc thực hiện tơng tự nh đổi víi lâi thÐp. í c¸c m¸y biÕn ¸p 110 kV trở lên do cờng độ điện trờng lớn nên kết... khoảng 1/3 chiều dài từ đầu cuộn dây và có thể lớn hơn 1 5-2 0% điện áp tác dụng. 9 Trờng hợp trung tính cách ®iƯn ®iƯn ¸p xung kÝch lín nhÊt xt hiƯn ë phía cuối cuộn dây có thể lớn hơn điện áp tác dung 5 0-8 0%. 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 thờng hơn 10 lần. Điện áp lớn nhất trên cách điện dọc xuất hiện khi có sóng cắt... 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 tơng đơng 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 thớc và kết cấu của cách điện dọc trong máy biến áp xác định bởi quá điện áp khí quyển.... 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 đợc sử dụng. 9 kích thớc của cách điện chủ yếu trớc đây cũng đợc xác định bởi quá điện áp khí quyển. Tuy nhiên hiện nay tình hình có thay đổi do việc đa 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... Phần III Chơng 19 : Cách điện của máy biến áp 2 Kỹ thuật điện áp cao PDF by http://www.ebook.edu.vn 19. 2. Kết cấu cách điện của máy biến áp 9 Môi trờng 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 đợc sử dụng dới... 9 Hình biểu thị quan hệ chung về điện áp phóng điện của khe hở dầu có màn chắn với thời gian tác dung của điện áp. Khi vẽ đờng cong lấy trị số đơn vị là điện áp thí nghiệm tần số công nghiệp trong một phút. Đặc tính vôn giây của khe hở dầu doạn đờng chấm là khu vực cha đợc nghiên cứu) 9 Nếu thời gian tác dụng ngắn 1 0-6 -1 0-5 s (xung kích) thì quá trình phóng điện sẽ là thuần túiy do điện... biện pháp này chỉ dùng trong các trờng hợp cần tăng cờng điện áp phóng điện khi điện áp tác dụng trong thời gian ngắn nh các loại qúa diện áp nội bộ. 9 Trong trờng 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. Cờng độ trờng lớn nhất là ở đầu cuộn dây cao áp nên ống... l U x u lx x = = (19. 12) 9 Hệ số thứ nhất của phơng 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 =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. . biến áp 110 kV : CA ; cuộn Phần III Chơng 19 : Cách điện của máy biến áp 2 Kỹ thuật điện áp cao PDF by http://www.ebook.edu.vn dây cao áp ; HA- 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