MÔ PHÓNG, PHÂN TÍCH QUÁ TRÌNH QUÁ ĐỘ TRONG MÁY BIẾN ÁP BẰNG PHẦN MÈM ATP - EMTP

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
NGÀNH HỆ THỐNG ĐIỆN



LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI:

MƠ PHỎNG, PHÂN TÍCH QUÁ TRÌNH
QUÁ ĐỘ TRONG MÁY BIẾN ÁP BẰNG
PHẦN MỀM ATP - EMTP

GVHD
SVTH
MSSV
LỚP

: TH.S NGUYỄN TUẤN DŨNG
: TRẦN VĂN QUYẾT
: 710091D
: 07DD1N

TP HỒ CHÍ MINH 07/2009


LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian học tập tại trường ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THÁNG.
Với sự dạy bảo tận tình của các thầy cô trong Khoa Điện – Điện Tử, em
đã học tập được rất nhiều kiến thức q báu và những kinh nghiệm thực

tế từ các thầy cô. Với vốn kiến thức tích luỹ này đã góp phần xây nền
tảng cho em vững tin bước vào lónh vực kỹ thuật trong tương lai.
Qua luận văn này, em xin chân thành cảm ơn Thầy NGUYỄN
TUẤN DŨNG – người đã trực tiếp hướng dẫn em thực hiện luận văn
này. Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong Khoa Điện –
Điện Tử , bạn bè và những người thân trong gia đình đã luôn luôn cố
gắng tạo điều kiện , giúp đỡ động viên em trong quá trình thực hiện luận
văn này.
Em xin chân thành cảm ơn.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 22 tháng 03 năm 2009
Sinh viên thực hiện

TRẦN VĂN QUYEÁT


TÓM TẮT LUẬN VĂN
Q trình q độ khi đóng máy biến áp không tải và sự cố ngắn
mạch trong và ngồi máy biến áp có những ảnh hưởng khơng nhỏ đến
việc vận hành và bảo vệ máy biến áp và hệ thống điện. Dịng xung kích
được hình thành trong q trình đóng máy biến áp lực vào nguồnn, vào
luới,ngắn mạch trong máy biến áp, ngắn mạch ngoài máy biến áp và quá
kích nguồn thường gây ra hiện tượng tác động nhầm máy cắt . Các hiện
tượng quá độ trên được khảo sát bằng phần mền ATP-EMTP.
ATP-EMTP là một phần mền chuyên dụng dùng để mo phỏng các
hiện tượng quá độ trên hệ thống điện. Ttrong luận văn này chỉ mới khai
thác mộ phần nhỏ những ứng dụng của ATP-EMTP. Luận văn được chia
làm 4 chương.
Chƣơng 1:
GIỚI THIỆU MỘT SỐ KHÀ NĂNG CỦA ATP-EMTP THIẾT BỊ
CỤ THỂ DƢỢC DÙNG CHỦ YẾU TRONG LUẬN VĂN

1.1

CHƢƠNG TRÌNH EMTP

1.2

CHƢƠNG TRÌNH ATP-EMTP

1

1.2.1 Sơ lược về lịch sử phát triển của ATP.

1

1.2.2 Những vận hành cơ bản và khả năng của ATP.

2

1.2.3 Các module khảo sát được tích hợp trong ATP.

3

1.2.4 Những đặc tính chính của những chương trình vẽ đồ thị trong
ATP.
4
1.2.5 Những ứng dụng cơ bản của ATP-EMTP.
1.3 SƠ LƢỢC VỀ PHẦN MỀN ATMDRAW

5
5

1.3.1 Menu chính

6

1.3.2 Thanh cơng cụ

9

1.3.3 Thanh cơng cụ các phần tử

9

1.3.4Thanh trạng thái.

9

1.3.5Menu lựa chọn phần tử.

9


Chƣơng 2:
LÝ THUYẾT VỀ QUÁ ĐỘ VÀ MÁY BIẾN ÁP

17

1.1 ĐIỆN TỪ

17

1.2 QUÁ ĐỘ ĐIỆN TỪ

18

1.2.1 Quá độ dạng sóng xung.

18

1.2.2 Quá độ dạng song dao động.

18

1.3 QUÁ ĐỘ ĐIỆN ÁP XẢY RA TRONG KHOẢNG
THỜI GIAN DÀI
1.3.1 Quá áp.
1.3.2 Sụt áp.

19
19
19

1.4 QUÁ ĐỘ ĐIỆN ÁP XẢY RA TRONG KHOẢNG
THỜI GIAN NGẮN.

20

1.4.1 Sự gián đoạn cung cấp điện trong thời gian gắn.

20

1.4.2 Sự vọt lố điện áp.

20

1.4.3 Sự sụt áp.

21

2 . LÝ THUYẾT VẾ MÁY BIẾN ÁP

23

2.1 LÝ THUYẾT TỔNG QUÁT VỀ MÁY BIẾN ÁP

23

2.1.1 Cấu tạo:

23

2.1.2. Nguyên lý làm việc của máy biến áp

24

2.1.3 Dịng từ hố

27

2.1.4 Q kích MBA

30

2.1.5 Ngắn mạch bên trong MBA

30

2.1.6 Các đặc tính Relay bảo vệ so lệch MBA
32
2.2 MÔ PHỎNG CÁC DẠNG DÕNG TỪ HỐ, DÕNG KÍCH
THÍCH, DÕNG NGẮN MẠCH BÊN TRONG VÀ DÕNG NGẮN
MẠCH BÊN NGỒI.
33
2.2.1Mơ hình mơ phỏng bằng chương trình ATP:
2.2.1 Cửa sổ thông số nạp vào thiết bị trên mạch mơ
hình mơ phỏng.

34


Chƣơng 3:
ĐĨNG MÁY BIẾN ÁP KHƠNG TẢI VÀO NGUỒN

37

1. LÝ THUYẾT VỀ HIỆN TƢỢNG XUNG KÍCH
KHI DĨNG MÁY BIẾN ÁP KHƠNG TẢI.

37

2. PHÂN LOẠI CÁC TRƢỜNG HỢP ĐĨNG
MÁY BIẾN ÁP
2.1 Xét trường hợp đóng máy biến áp khơng tải vào nguồn.

44
44

2.2 Xét trường hợp đóng máy biến áp khơng tải
ba pha vào nguồn.

44

Chƣơng 4:
KẾT QUẢ MƠ PHỎNG CÁC DẠNG SĨNG Q ĐỘ TRÊN ATP
KHI ĐĨNG DÕNG XUNG KÍCH , NGẮN MÂCH TRONG, NGẮN
MẠCH NGOÀI VÀ BẢO HÕA TỪ CỦA MÁY BIẾN ÁP.
1. MƠ HÌNH MƠ PHỎNG VÀ THƠNG SỐ NẠP.
52
2. KẾT QUẢ MƠ PHỎNG DÕNG TỪ HĨA KHI ĐĨNG MÁY BIẾN
ÁP KHƠNG TẢI VÀO NGUỒN.
57
2.1 Đóng máy biến áp khơng tải vào nguồn.

57

2.2 Kết quả mơ phỏng dịngngắn mạch bên trong.

65

2.3. Kết quả mơ phỏng dịngngắn mạch bên ngồi.

71

2.4. Kết quả mơ phỏng dịng q kích.

77

Hồn tất

87


CHƯƠNG I: CHƯƠNG TRÌNH ATP-EMTP

CHƯƠNG I:

GIỚI THIỆU SƠ LƯC VỀ
CHƯƠNG TRÌNH ATP – EMTP
1.1 CHƯƠNG TRÌNH EMTP:
EMTP (Electromagnetic Transients Program) là một chương trình máy
tính dùng để mô phỏng các hiện tượng điện từ, điện cơ và quá trình quá độ hệ
thống điều khiển trong những hệ thống điện nhiều pha. Ban đầu, EMTP phát triển
như một máy tính kỹ thuật số dùng phân tích mạng quá độ (TNA – Transient
Network Analyzer). Hàng năm, có nhiều khả năng khác được thêm vào chương
trình EMTP và ngày nay nó đã trở thành tiêu chuẩn thực sự trong nền công nghiệp
hữu ích.

1.2 CHƯƠNG TRÌNH ATP – EMTP
1.2.1

Sơ lược về lịch sử phát triển của atp:

 ATP (Alternative Transients Program) được xem là một trong những
chương trình được sử dụng rộng rãi để mô phỏng các hiện tượng quá độ điện từ,
điện cơ và các quá trình quá độ trong hệ thống điện. ATP còn được dùng để khảo
sát những mạng điện phức tạp và hệ thống điều khiển chuyên biệt. Ngoài ra, ATP
chứa đựng nhiều mô hình mở rộng và những đặc tính quan trọng bên cạnh việc
khảo sát quá độ.
 EMTP (Electromagnetic Transients Program) được phát triển mang tính
đại chúng tại tại Bonneville Power Administration (BPA) ở Portland. Tại Oregon,
EMTP được thương mại hóa đầu tiên vào năm 1984 bởiø nhóm phát triển EMTP
(EMTP Development Coordination Group) và hội nghiên cứu điện lực (Electric
Power Research Institute – EPRI) của Palo Alto. Không đồng tình với việc làm đó,
hai giáo sư Meyer và Liu đã cho ra đời một chương trình mới từ bản sao EMTP
miễn phí của BPA là ATP cũng vào năm 1984. Từ đó, ATP được tiếp tục phát
triển bởi hai giáo sư – đồng chủ tịch của Canadian / American EMTP User Group –
và sự hỗ trợ của cộng đồng thế giới. Từ năm 1975, vài chuyên gia trên toàn thế
giới đã hỗ trợ cho EMTP và ATP.
SVTH: Trần Văn Quyết

-1-


CHƯƠNG I: CHƯƠNG TRÌNH ATP-EMTP

 Như vậy, trong khi EMTP đòi hỏi chi phí cho việc sử dụng thì ATP hoàn toàn
miễn phí với tất cả mọi người, đặc biệt là những ai quan tâm đến việc khảo sát quá
độ. Đây cũng là một lợi thế lớn đối với phần mềm ATP.

1.2.2

Những vận hành cơ bản và khả năng của atp:

 ATP tính toán những giá trị cần quan tâm trong hệ thống điện theo hàm thời
gian, đặc biệt là khi có nhiễu. Quy tắc hình thang ẩn của phép tích phân được sử
dụng để giải quyết những phương trình khác nhau của các phần tử hệ thống trong
miền thời gian. Điều kiện khác không ban đầu có thể được giải quyết bởi giải pháp
Steady – state hay có thể được người sử dụng nhập vào cho những thành phần đơn
giản hơn.
 ATP gồm nhiều mô hình bao gồm: động cơ, máy biến áp, thu sét, đường dây
và cáp. Giao diện truy xuất tới các module chương trình TACS (Transient Analysis
of Control Systems) và MODELS (ngôn ngữ giả lập) cho phép thành lập hệ thống
điều khiển và các phần tử phi tuyến như hồ quang, vầng quang. Hệ thống động
không bao gồm bất kỳ mạng điện nào vẫn có thể mô phỏng bằng cách sử dụng mô
hình điều khiển TACS và MODELS.
 Nhiễu đối xứng và bất đối xứng như: ngắn mạch, sét đánh hay các vận hành
đóng cắt theo thời gian đều có thể khảo sát. Để phân tích sóng hài miền tần số ta
sử dụng phương pháp Harmonic Frequency Scan và để tính toán đáp ứng tần số của
mạng điện ta dùng phương pháp Frequency Scan. Thư viện mô hình của ATP bao
gồm các thành phần sau:
 Đường dây đơn và đôi, các khối R, L, C
 Đường dây truyền tải và cáp với các thông số phân bố và tần số riêng biệt
 Điện trở và cuộn cảm phi tuyến, điện trở thay đổi theo thời gian, TACS /
MODELS điều khiển trở kháng
 Các thành phần phi tuyến: máy biến áp bão hòa và từ trễ, bắt xung, hồ
quang điện
 Các công tắc thông thường, công tắc độc lập với thời gian hay độc lập với
điện áp, công tắc thống kê.


Các van (diode, thyristor, triac), TACS / MODELS điều khiển công tắc

SVTH: Trần Văn Quyết

-2-


CHƯƠNG I: CHƯƠNG TRÌNH ATP-EMTP

 Nguồn tích phân: hàm bậc thang, hàm dốc, hàm sin, xung chức năng, nguồn
TACS / MODELS
 Các máy điện: máy 3 pha đồng bộ, mô hình tổng quát máy điện
 Các thành phần điện được tạo bởi người sử dụng

1.2.3

Các module khảo sát được tích hợp trong atp:

 MODELS trong ATP là ngôn ngữ mô tả được hỗ trợ bỡi những công cụ mở
rộng dùng phát biểu và nghiên cứu hệ thống thay đổi theo thời gian
 Cấu trúc mỗi mô hình cho phép sử dụng những định dạng tự do, cấu trúc từ
khóa và những văn bản riêng biệt
 MODELS cho phép mô tả tùy ý theo người sử dụng về điều khiển các thiết
bị trong mạch, hỗ trợ giao diện đơn giản để kết nối với các chương trình mô hình
khác ATP
 Với tính năng là một công cụ mang tính chương trình, MODELS còn dùng để
thực thi, tính toán các kết quả theo miền tần số, miền thời gian.
 TACS là module dùng phân tích miền thời gian trong hệ thống điều khiển.
TACS thực ra được phát triển để khảo sát hệ thống chuyển đổi điều khiển HVDC.
Trong TACS, một biểu đồ khối sẽ tượng trưng cho hệ thống điều khiển đang dùng.

TACS được dùng để mô phỏng:
 Hệ thống chuyển đổi điều khiển HVDC
 Hệ thống kích thích của máy đồng bộ
 Điện tử công suất
 Hồ quang điện
 Giao diện giữa hệ thống điện và TACS được thiết lập bởi sự chuyển đổi giữa
các dấu hiệu sau: nút điện áp, công tắc dòng điện, công tắc trạng thái, điện trở thay
đổi theo thời gian, nguồn áp và nguồn dòng
 SUPPORTING ROUTINES: là công cụ tiện ích được tích hợp bên trong
chương trình. Nó hỗ trợ cho người sử dụng việc chuyển đổi các định dạng khác
nhau (từ định dạng của nhà sản xuất sang định dạng cần thiết của chương trình.
Công cụ này cũng giúp tính toán các thông số điện của đường dây, cáp từ dữ liệu
số và hình học. Module Supporting routines có thể:
SVTH: Trần Văn Quyết

-3-


CHƯƠNG I: CHƯƠNG TRÌNH ATP-EMTP

 Tính toán thông số điện của đường dây trên cao và cáp bằng cách sử dụ ng
các

module:

LINES

CONSTANTS,

CABLE

CONSTANTS,

CABLE

PARAMETERS
 Tính toán dữ liệu mô hình máy biến áp
 Chuyển đổi bão hòa và các đường cong trễ
 Cơ sở dữ liệu các module

1.2.4

Những đặc tính chính của những chương trình vẽ đồ
thị trong atp:

 Những chương trình vẽ đồ thị phối hợp với ATP hiển thị kết quả mô phỏng
theo thời gian. Dữ liệu mô phỏng trong ATP được lưu dưới dạng “file.pl4” và được
các chương trình vẽ đồ thị gọi ra.
 Có rất nhiều chương trình nhö: TPPLOT, WPCPLOT, DisplayNT, PL42mat,
GTPPLOT, ATP Analyzer, DspATP32, HFSPlot, PL42mcad. Nhưng trong bản luận
văn này sử dụng chương trình PlotXY để vẽ đồ thị.

1.2.5

Những ứng dụng cơ bản của atp – emtp
ATP – EMTP được sử dụng rộng rãi trong việc khảo sát các hiện tượng đóng

cắt, phân tích dòng sét, phối hợp cách điện, bảo vệ relay, đánh giá họa tầng và
chất lượng điện năng, khảo sát các mô hình HVDC và FACTS. Những ứng dụng
của ATP – EMTP bao gồm:

 Quá áp chống sét

SVTH: Trần Văn Quyết

-4-


CHƯƠNG I: CHƯƠNG TRÌNH ATP-EMTP

 Đóng cắt quá độ và sự cố
 Quá áp có hệ thống và ước lượng dòng điện sự cố không đối xứng
 Siêu quá độ trong trạm GIS và nối đất
 Mô hình máy điện
 Ổn định quá độ, khởi động động cơ
 Đóng cắt máy biến áp, điện trở shunt và trạm tụ
 Điện tử công suất
 Đóng cắt CB, hạn dòng
 Các thiết bị FACTS: STATCOM, SVC, UPFC, TCSC
 Phân tích họa tầng, cộng hưởng mạng
 Kiểm tra thiết bị bảo vệ

1.3 SLƯC VỀ PHẦN MỀM ATPDraw
Cửa sổ làm việc và các thành phần chính trong ATPDraw
Menu chính

Thanh công cụ

Thanh công cụ các phần tử

Nút cửa sổ làm việc

Mạch điện khảo sát

Vùng làm việc

SVTH: Trần Văn Quyết

-5-


CHƯƠNG I: CHƯƠNG TRÌNH ATP-EMTP

Dòng trạng thái

1.3.1

Menu lựa chọn phần tử

Menu chính (main menu):

1. File:
Thực hiện các thao tác liên quan đến tập tin như: tạo tập tin mới (New), mở tập
tin đã có(Open), lưu trữ tập tin (Save)…

2. Edit:
Thao các trên các đối tượng làm việc như: sao chép tập tin (Copy), Dán tập tin
(Paste) , Xóa tập tin (Delete) …

SVTH: Trần Văn Quyết

-6-


CHƯƠNG I: CHƯƠNG TRÌNH ATP-EMTP

3. View:
Xem thanh công cụ (Tool bar), thanh trạng thái (status bar), hiệu chỉnh các lựa
chọn theo mong muốn (Options)…

4. ATP:
Thao tác trên các file của ATPDraw như: chạy ATP (Run ATP), chỉnh sửa các
ATP–file (make & edit ATP–file)…

SVTH: Trần Văn Quyết

-7-


CHƯƠNG I: CHƯƠNG TRÌNH ATP-EMTP

5. Objects:
Hỗ trợ cho người sử dụng chỉnh sửa cái có sẵn (Edit Standard) hoặc tạo ra các
file mới cho MODELS và người sử dụng (Model và User Specified)

6. Tools:
Giúp cho việc thao tác trên các đối tượng được dễ dàng hơn (Icon Editor, Help
Editor…). Đặc biệt là mục Options với nhiều sự lựa chọn phù hợp

7. Window: Sắp xếp cửa sổ làm việc theo mong muốn

SVTH: Trần Văn Quyết

-8-


CHƯƠNG I: CHƯƠNG TRÌNH ATP-EMTP

8. Help:
Bao gồm các hộp thoại và cửa sổ nhằm giúp người sử dụng hiểu rõ hơn về
ATPDraw

1.3.2

Thanh công cụ (tool bar icons):

Gồm các biểu tượng giúp người sử dụng nhanh những công cụ thông dụng

1.3.3

Thanh công cụ các phần tử (component tool bar):

Hiển thị các phần tử mà người dùng đã hoặc đang sử dụng

1.3.4

thanh trạng thái (status bar):

Hiển thị dạng hành động mà người dùng đang thực hiện bên trong cửa sổ chính.
Các dạng hành động thường được hiển thị: EDIT; CONN.END; MOVE LABEL;
GROUP; INFO.START; INFO.END

1.3.5

menu lựa chọn phần tử (component selection menu):

Cho phép người sử dụng lựa chọn những phần tử thích hợp trong quá trình mô
phỏng. Menu này được xem là quan trọng đối với người sử dụng và được kích hoạt
dễ dàng khi ta click chuột phải vào vùng làm việc của cửa sổ đang sử dụng.

SVTH: Trần Văn Quyết

-9-


CHƯƠNG I: CHƯƠNG TRÌNH ATP-EMTP

Thành phần bên trong menu Component Selection Menu:

1. Dụng cụ đo (Probe & 3 – phase):

Một số phần tử thông dụng:
Sự lựa chọn
Probe Volt

Probe Branch Volt
Probe Curr

SVTH: Trần Văn Quyết

Biểu tượng

Mô tả
Volt kế (đo áp giữa nút khảo sát với đất)
Volt kế nhánh (đo áp giữa 2 nút khảo sát)
Ampe kế (do dòng điện chạy vào maïch)

- 10 -


CHƯƠNG I: CHƯƠNG TRÌNH ATP-EMTP

2. Phần tử tuyến tính (Branch Linear):

Một số phần tử thông dụng:
Sự lựa chọn

Biểu tượng

Mô tả

Resistor

Điện trở thuần ()

Capacitor

Tụ điện với điện trở chống rung tắt dần
(đơn vị F nếu Copt = 0)

Inductor

Cuộn cảm với điện trở chống rung tắt dần
(đơn vị mH nếu Xopt = 0)

RLC

Mạch RLC mắc nối tiếp một pha

RLC 3 – ph

Mạch RLC mắc nối tiếp 3 pha, có giá trị
độc lập trong mỗi pha

RLC-Y 3 – ph

Mạch 3 pha RLC mắc hình sao, có giá trị
độc lập ở mỗi pha

RLC-D 3 – ph

Mạch 3 pha RLC mắc hình tam giác, có
giá trị độc lập trên mỗi pha

C: U(0)

Tụ điện phụ thuộc vào điều kiện điện áp
ban đầu

L: I(0)

Điện cảm phụ thuộc vào điều kiện điện
trở ban đầu

SVTH: Trần Văn Quyết

- 11 -


CHƯƠNG I: CHƯƠNG TRÌNH ATP-EMTP

3. Phần tử phi tuyến (Branch Nonlinear):

Một số phần tử thông dụng:
Sự lựa chọn
R(i) Type 99

L(i) Type 98

L(i) Type 93

L(i) Type 96

R(i) Type 97

SVTH: Trần Văn Quyết

Biểu tượng

Mô tả
Điện trở phụ thuộc dòng

Cuộn cảm phụ thuộc dòng

Cuộn cảm phi tuyến phụ thuộc dòng thực

Cuộn cảm phi tuyến phụ thuộc dòng ảo

Điện trở phụ thuộc thời gian

- 12 -


CHƯƠNG I: CHƯƠNG TRÌNH ATP-EMTP

4. Đường dây, cáp (Lines, Cables):
Có nhiều loại để lựa chọn.

a. Đường dây thông số tập trung (Lumped):

Một số phần tử thông dụng:
Sự lựa chọn

Biểu tượng

RLC Pi-equiv.1+1 phase

Mô tả
Sơ đồ tương đương RLC hình  1 phase
Sơ đồ tương đương RLC hình  2 phase,

RLC Pi-equiv.1+2 phase

không đối xứng
Sơ đồ tương đương RLC hình  3 phase,

RLC Pi-equiv.1+3 phase

không đối xứng
Mô hình đường dây RL 2 pha, không

RL Coupled 51 + 2 phase

đối xứng
Mô hình đường dây RL 3 pha, không

RL Coupled 51 + 3 phase

đối xứng, 3 nút

b. Đường dây thông số rải (Distributed):

Một số phần tử thông dụng:
Sự lựa chọn
Transposed

lines+1

phase
Transposed

Mô tả
Đường dây thông số rải 1 pha, mô hình
Clarke

lines+2

phase
Transposed

Biểu tượng

Đường dây thông số rải 2 pha chuyển
vị, mô hình Clarke

lines+3

phase

SVTH: Trần Văn Quyết

Đường dây thông số rải 3 pha chuyển
vị, mô hình Clarke

- 13 -


CHƯƠNG I: CHƯƠNG TRÌNH ATP-EMTP

5. Công tắc (Switches):

Một số phần tử thông dụng:
Sự lựa chọn

Biểu tượng

Mô tả

Switch time controlled

Công tắc 1 pha điều khiển theo thời gian

Swich time 3-ph

Công tắc 3 pha điều khiển theo thời gian

Switch voltage contr.

Công tắc điều khiển điện áp

Diode (type 11)

Diode(không điều khiển được)

Valve (type 11)

Thyristor (điều khiển được)

Triac (type 12)

Triac (điều khiển được)

SVTH: Trần Văn Quyết

- 14 -


CHƯƠNG I: CHƯƠNG TRÌNH ATP-EMTP

6. Nguồn (Sources):

Một số phần tử thông dụng:
Sự lựa chọn

Biểu tượng

Mô tả

DC type 11

Nguồn áp hoặc nguồn dòng DC 1 pha

AC type 14

Nguồn áp hoặc nguồn dòng AC 1 pha

AC 3-ph. Type 14

Nguồn áp hoặc nguồn dòng AC 3 pha

AC Ungrounded

Nguồn áp AC không nối đất

DC ungrounded

Nguồn áp DC không nối đất

SVTH: Trần Văn Quyết

- 15 -


CHƯƠNG I: CHƯƠNG TRÌNH ATP-EMTP

7. Máy biến áp (Transformers):

Một số phần tử thông dụng:
Sự lựa chọn

Biểu tượng

Mô tả

Ideal 1 phase

Máy biến áp lý tưởng một pha

Ideal 3 phase

Máy biến áp 3 pha lý tưởng

Saturable phase

Máy biến áp một pha có thể bão hòa

Saturable 3 phase

Máy biến áp 3 pha có thể bão hòa (2 cuộn
dây hoặc 3 cuộn dây).

Ngoài những công cụ được giới thiệu trên còn có một số công cụ khác tùy
theo mục đích sử dụng của người khảo sát.

SVTH: Trần Văn Quyết

- 16 -


CHƢƠNG II LÝ THUYẾT VỀ QUÁ ĐỘ VÀ MÁY BIẾN ÁP

CHƯƠNG II:

LÝ THUYẾT VỀ QUÁ ĐỘ
VÀ MÁY BIẾN ÁP
I. LÝ THUYẾT QUÁ ĐỘ
1.1 Giới thiệu:
Quá độ điện từ là tác nhân gây ảnh hưởng đến chất lượng cung cấp điện,
đến việc bảo vệ đường dây truyền tải và thiết bị điện. Việc xác định các đặc điểm,
tính chất, tác hại của các loại sóng quá điện áp nhằm tìm ra hướng khắc phục sẽ
giúp cho hệ thống được vận hành an toàn.

Trong hệ thống điện, khi khảo sát về quá độ điện áp chủ yếu là nghiên cứu
về biên độ, hình dạng, khoảng thời gian tồn tại và tần số xuất hiện của sóng quá
điện áp. Việc nghiên cứu sóng quá điện áp được tiến hành dọc theo hệ thống
truyền tải kéo dài đến điểm xuất hiện sóng quá điện áp lan truyền.
Phân loại:
Có nhiều nguyên nhân gây ra hiện tượng sóng quá điện áp trong hệ thống
truyền tải cũng như phân phối điện năng. Ta có thể tiến hành phân loại sóng quá
điện áp dựa trên hình dạng sóng hoặc dựa trên nguyên nhân gây ra sóng quá điện
áp.
Khi xét về dạng sóng: ta có thể phân chúng thành 2 loại:
Sóng quá điện áp dưới dạng sóng dao động: là loại quá độ điện từ với hình
dạng sóng quá độ có biên độ dao động theo cả hai phương trong hệ trục tọa độ. Ví
dụ: quá điện áp do đóng cắt trạm tụ bù, do đóng máy biến áp vào lưới, do cộng
hưởng sắt từ…
Sóng quá điện áp dưới dạng sóng xung: thường xuất hiện rất đột ngột và tồn
tại trong một thời gian rất ngắn. Dạng sóng xung thường tăng vọt theo một phương
duy nhất. Ví dụ: quá độ xảy ra do sét đánh vào đường dây…
Khi xét về nguyên nhân gây ra sóng quá điện áp: ta có thể phân thành 2
loại:
Quá điện áp xuất hiện do tác động từ bên ngoài hệ thống: Sóng quá điện áp
do xung sét hay còn gọi là quá điện áp khí quyển.
Quá điện áp xuất hiện do nội bộ hệ thống: thường do thay đổi điều kiện vận
hành của hệ thống như do thao tác đóng cắt đường dây, thiết bị, do sa thải phụ tải…

SVTH : Trần Văn Quyết

- 17 -


CHƢƠNG II LÝ THUYẾT VỀ QUÁ ĐỘ VÀ MÁY BIẾN ÁP

1.2

QUÁ ĐỘ ĐIỆN TỪ

1.2.1 Quá độ dạng sóng xung (impulsive transient):
 Quá độ dạng sóng xung là quá trình xảy ra đột ngột và tồn tại trong thời gian
rất ngắn. Khi có quá độ dạng sóng xung, giá trị điện áp hoặc dòng điện sẽ tăng hay
giảm theo thời gian. Kết quả là xung điện áp hay xung dòng điện biến thiên chỉ
theo một phương duy nhất (nghóa là xung có biên độ dương hoặc xung có biên độ
âm).
Ví dụ:ï khi sét đánh sẽ gây ra hiện tượng quá độ dạng xung nghóa là điện áp
đỉnh sẽ tăng từ 0 lên 2000 V trong 1.2 F, sau đó giảm đến một nửa giá trị đỉnh
trong 50 F. Hình 1.1 trình bày dạng sóng xung dòng điện tạo ra từ cơn sét

Hình 1.1: Dạng xung dòng điện tạo ra từ cơn sét

 Do tần số cao, sóng quá độ dạng xung bị thay đổi dạng sóng nhanh chóng khi
ta thay đổi các thành phần trong mạch điện đang khảo sát và mang những đặc tính
khác biệt so với điều kiện thông thường
 Vậy : nguyên nhân chủ yếu nhất gây nên quá độ dạng sóng xung là do sét
đánh. Đối với hệ thống phân phối, quá độ thường xảy ra phía cuộn dây thứ cấp
hoặc sơ cấp của máy biến áp phân phối do sét đánh trực tiếp vào.
1.2.2

Quá độ dạng sóng dao động (oscillatory transient):

 Quá độ dạng sóng dao động cũng xảy ra đột ngột, biên độ dao động của sóng
theo cả hai phương trong hệ trục tọa độ (tức là sóng quá độ có giá trị âm hoặc
dương tùy từng thời điểm). Khi xảy ra quá độ dạng sóng dao động thì giá trị điện

áp hay dòng điện khảo sát sẽ thay đổi một cách nhanh chóng.

SVTH : Trần Văn Quyết

- 18 -


CHƢƠNG II LÝ THUYẾT VỀ QUÁ ĐỘ VÀ MÁY BIẾN ÁP

 Có 3 cấp quá độ dạng sóng dao động (phụ thuộc vào các tầm tần số):
 f > 500 (KHz): quá độ dạng sóng dao động tần số cao
 5 (KHz) < f < 500 (KHz): quá độ dạng sóng dao động tần số trung bình
 f < 5 (KHz): quá độ dạng sóng dao động tần số thấp
 Vậy:
 Có nhiều nguyên nhân khác nhau dẫn đến quá độ dạng sóng dao động xảy
ra ở hệ thống dưới truyền tải và phân phối, nhưng nguyên nhân chủ yếu nhất là do
đóng cắt các trạm tụ bù. Kết quả là sóng quá độ dạng dao động sẽ có tần số từ 300
Hz đến 900 Hz; biên độ đỉnh có thể đạt đến 2 pu (per unit: đơn vị tương đố i) hoặc
từ 1.3 đến 1.5 pu.

1.3

QUÁ ĐỘ ĐIỆN ÁP XẢY RA TRONG KHOẢNG THỜI GIAN DÀI

(LONG – DURATION VOLTAGE VARIATION)
Quá độ điện áp xảy ra trong khoảng thời gian dài được hiểu là sự quá điện áp
hay giảm điện áp xảy ra trong khoảng thời gian từ một phút trở lên. Quá áp hay
giảm áp thường không là kết quả từ sự cố của hệ thống mà do sự thay đổi giá trị
của tải hay các thao tác đóng cắt trong hệ thống điện.
Có 2 dạng quá độ điện áp xảy ra trong khoảng thời gian dài:

1.3.1 Quá áp (overvoltage):
 Quá áp là hiện tượng khi giá trị điện áp xoay chiều tăng 110% tại tần số cơ
bản của hệ thống trong khoảng thời gian từ 1 phút trở lên
 Quá áp xảy ra khi đóng cắt phụ tải, đóng cắt tụ hoặc những thiết lập sai sót
trong máy biến áp của hệ thống
1.3.2 Sụt áp (Undervoltage):
 Sụt áp là sự giảm giá trị điện áp xoay chiều thấp hơn 90% tại tần số cơ bản
của hệ thống trong khoảng thời gian từ 1 phút trở lên
 Sụt áp là hiện tượng ngược với quá áp. Khi đóng cắt phụ tải, đóng cắt tụ
hoặc mạch điện quá áp đều có thể gây nên sụt áp

SVTH : Trần Văn Quyết

- 19 -


CHƢƠNG II LÝ THUYẾT VỀ QUÁ ĐỘ VÀ MÁY BIẾN ÁP

1.4

QUÁ ĐỘ ĐIỆN ÁP XẢY RA TRONG KHOẢNG THỜI GIAN NGẮN

(SHORT – DURATION VOLTAGE VARIATION)
Tùy thuộc vào nơi xảy ra sự cố và điều kiện của hệ thống, sự cố có thể làm:
gián đoạn cung cấp điện trong thời gian ngắn (interruptions), tăng nhanh chóng
điện áp (swells), giảm điện áp tạm thời (sags). Trong những trường hợp trên, tác
động trên điện áp trong suốt quá trình sự cố là khoảng thời gian ngắn cho đến khi
các thiết bị bảo vệ tác động để khắc phục sự cố
1.4.1

Sự gián đoạn cung cấp điện trong thời gian ngắn (interruptions)

 Xảy ra khi điện áp cung cấp (supply voltages) hoặc dòng điện tải (load
current) giảm thấp hơn 0.1pu (per unit: đơn vị tương đối) trong khoảng thời gian
không quá một phút. Hoặc có thể xác định hiện tượng này khi giá trị biên của điện
áp giảm thấp hơn 10% giá trị bình thường.
 Sự gián đoạn cung cấp điện có thể xuất phát từ nhiều nguyên nhân như: sự cố
hệ thống, sự tác động nhầm của thiết bị hoặc quá trình điều khiển sai lệch.
1.4.2

Sự vọt lố điện áp (Swells):

 Là sự tăng vọt điện áp từ 1.1 pu đến 1.8 pu tại tần số cơ bản của hệ thống (50
Hz hoặc 60 Hz) trong khoảng thời gian từ 0.5 chu kỳ đến 1 phút.
 Sự vọt lố điện áp thường xảy ra lúc hệ thống bị sự cố nhưng lại không thường
xuyên như sự sụt áp. Nó là kết quả của quá trình đóng một phụ tải lớn hay đóng
một trạm tụ lớn.

SVTH : Trần Văn Quyết

- 20 -