Một số giải pháp chống quá điện áp trong máy biến áp truyền tải

Trường đại học bách khoa Hà Nội

Luận văn cao học

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn “Một số giải pháp chống quá điện áp trong máy
biến áp truyền tải” là kết quả nghiên cứu của riêng tôi, không sao chép của ai. Nội
dung luận văn có tham khảo và sử dụng các tài liệu, thông tin được đăng tải trên các
cuốn sách, tạp phẩm, tạp chí và các website theo danh mục tài liệu của luận văn.
Tác giả luận văn

Ngô Văn Sơn

HDKH: PGS.TS Phạm Văn Bình

1

HVTH: Ngô Văn Sơn


Trường đại học bách khoa Hà Nội

Luận văn cao học

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ...............................................................................................1
MỤC LỤC ..........................................................................................................2
DANH MỤC HÌNH VẼ .....................................................................................4
MỞ ĐẦU ............................................................................................................6


Tính cấp thiết của đề tài ..........................................................................6



Ý nghĩa khoa học – thực tiễn ..................................................................7



Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu ..........................................8



Những thuận lợi và khó khăn..................................................................8



Nội dung luận văn ...................................................................................9



Lời cảm ơn ..............................................................................................9

Chương 1 – TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU .....................................................10
1.1.

Các dạng quá điện áp trong máy biến áp ..........................................10

1.1.1. Quá điện áp khí quyển .................................................................10
1.1.2. Quá điện áp nội bộ .......................................................................13
1.1.2.1. Quá điện áp xoay chiều.........................................................15

1.1.2.2. Cộng hưởng điện áp ..............................................................17
1.2.

Phóng điện trong dầu máy biến áp ....................................................17

1.2.1. Định nghĩa ....................................................................................17
1.2.2. Cơ chế phóng điện .......................................................................18
1.2.3. Phóng điện trong dầu máy biến áp ...............................................18
1.3.

Một số phương pháp chống quá điện áp ...........................................19

1.3.1. Sử dụng chấu phóng điện .............................................................19
1.3.2. Sử dụng chống sét van .................................................................20
1.3.3. Sử dụng vành điện dung...............................................................22
Kết luận: .......................................................................................................24
Chương 2 – XÂY DỰNG MÔ HÌNH DÂY QUẤN ĐAN XEN .....................25
2.1.

Phân bố điện áp ban đầu ....................................................................25

HDKH: PGS.TS Phạm Văn Bình

2

HVTH: Ngô Văn Sơn


Trường đại học bách khoa Hà Nội

Luận văn cao học

2.2.

Mô hình dây quấn đan xen ................................................................30

2.3.

Các thông số cơ bản để tính toán phân bố điện áp ban đầu ..............33

2.3.1. Điện dung song song (điện dung đối với đất) ..............................33
2.3.2. Điện dung nối tiếp trong dây quấn xoắn ốc liên tục ....................35
2.3.3. Điện dung nối tiếp trong dây quấn đan xen .................................38
2.3.4. Điện cảm ......................................................................................39
Kết luận: .......................................................................................................43
Chương 3 – TÍNH TOÁN PHÂN BỐ ĐIỆN ÁP TRONG BỐI DÂY QUẤN
ĐAN XEN .......................................................................................................44
3.1.

Mô hình mạch điện tương đương ......................................................44

3.2.

Tính toán phân bố điện áp theo phương pháp biến trạng thái ...........48

3.2.1. Ma trận điện dung .....................................................................50
3.2.2. Ma trận điện dẫn G.......................................................................51
3.2.3. Ma trận điện cảm nút nghịch đảo

.............................................52

3.2.4. Mô hình biến trạng thái ................................................................53
3.2.5. Sử dụng Matlab và Simulink để giải mô hình biến trạng thái .....54
3.2.5.1. Tính toán các ma trận ...........................................................54
3.2.5.2. Xây dựng sơ đồ khối điện áp đầu vào ...................................58
3.2.5.3. Xây dựng sơ đồ khối không gian trạng thái ..........................59
3.2.5.4. Kết quả mô phỏng .................................................................60
Kết luận: .......................................................................................................75
KẾT LUẬN .......................................................................................................76
Tài liệu tham khảo ............................................................................................78

HDKH: PGS.TS Phạm Văn Bình

3

HVTH: Ngô Văn Sơn


Trường đại học bách khoa Hà Nội

Luận văn cao học

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Mô phỏng dòng và áp của sét ...................................................................11
Hình 1.2: Dạng sóng sét ...........................................................................................13
Hình 1.3: Tăng điện áp điện dung ............................................................................16
Hình 1.4: Chấu phóng điện .......................................................................................19
Hình 1.5: Phương pháp xác định đặc tính của chấu phóng điện ..............................19
Hình 1.6: Sơ đồ chống sét van ..................................................................................21
Hình 1.7: Bố trí 1 vành điện dung trong bối dây ......................................................23

Hình 1.8: Bố trí 2 vành điện dung trong cuộn dây ...................................................23
Hình 2.1: Phân bố điện áp trong bối dây ..................................................................25
Hình 2.2: Mô hình nghiên cứu phân bố điện áp ban đầu .........................................26
Hình 2.3: Phân bố dòng điện dung của dây quấn một lớp .......................................27
Hình 2.4: Sơ đồ thay thế điện dung ..........................................................................28
Hình 2.5: Phân bố điện áp ban đầu ...........................................................................29
Hình 2.6: Một cặp gallet dây quấn kiểu xoắn ốc ......................................................31
Hình 2.7: Mặt cắt dọc trục dây quấn kiểu xoắn ốc liên tục ......................................31
Hình 2.8: Một cặp gallet dây quấn kiểu đan xen ......................................................32
Hình 2.9: Mặt cắt dọc trục dây quấn kiểu đan xen ...................................................32
Hình 2.10: Mặt cắt dọc trục dây quấn đan xen 2 sợi chập .......................................33
Hình 2.11: Mặt cắt bối dây trong cùng và lõi thép ...................................................34
Hình 2.12: Điện dung giữa hai bánh dây..................................................................36
Hình 2.13: Một cặp bánh dây kiểu quấn xoắn ốc liên tục, Cv. ................................37
Hình 2.14: Mặt cắt hai vòng dây đồng trục ..............................................................40
Hình 2.15: Mặt cắt và sơ đồ điện cảm cuộn dây xoắn ốc 3 vòng dây ......................41
Hình 2.16: Mặt cắt cuộn dây xoắn ốc liên tục gồm 3 bánh dây ...............................42
mỗi bánh dây 3 vòng .................................................................................................42
Hình 3.1: Mô hình mạch máy biến áp 3 cuộn dây ...................................................44
Hình 3.2: Mạch điện tương đương của cuộn dây máy biến áp ................................45
Hình 3.3: Kích thước hình học của bánh dây ...........................................................46
Hình 3.4: Một nút bất kỳ trong mạch điện tương đương .........................................48
Hình 3.5: Sơ đồ khối tạo điện áp xung sét ...............................................................59
Hình 3.6: Dạng điện áp đầu ra của khối Xung sét ....................................................59
Hình 3.7: Khối không gian trạng thái trong Simulink ..............................................59
Hình 3.7: Thiết lập thông số cho khối State-Space ..................................................60
Hình 3.8: Sơ đồ khối tổng ........................................................................................61
Hình 3.9: Điện áp nút 1 – dây quấn đan xen – mô phỏng
..............................62
Hình 3.10: Điện áp nút 2 – dây quấn đan xen – mô phỏng

............................62
Hình 3.11: Điện áp nút 3 – dây quấn đan xen – mô phỏng
............................63
Hình 3.12: Điện áp nút 4 – dây quấn đan xen – mô phỏng
............................63
Hình 3.13: Điện áp nút 5 – dây quấn đan xen – mô phỏng
............................64
Hình 3.14: Điện áp nút 6 – dây quấn đan xen – mô phỏng
............................64
HDKH: PGS.TS Phạm Văn Bình

4

HVTH: Ngô Văn Sơn


Trường đại học bách khoa Hà Nội

Luận văn cao học

Hình 3.15: Điện áp nút 7 – dây quấn đan xen – mô phỏng
............................65
Hình 3.16: Điện áp nút 8 – dây quấn đan xen – mô phỏng
............................65
Hình 3.17: Điện áp nút 9 – dây quấn đan xen – mô phỏng
............................66
Hình 3.18: Điện áp nút 10 – dây quấn đan xen – mô phỏng
..........................66
Hình 3.19: Điện áp nút 11 – dây quấn đan xen – mô phỏng
..........................67

Hình 3.20: Điện áp nút 12 – dây quấn đan xen – mô phỏng
..........................67
Hình 3.21: Điện áp tại 1 tại các nút - dây quấn đan xen .....................................68
Hình 3.22: Điện áp nút 2 – dây quấn xoắn ốc – mô phỏng
............................69
Hình 3.23: Điện áp nút 3 – dây quấn xoắn ốc – mô phỏng
............................69
Hình 3.24: Điện áp nút 4 – dây quấn xoắn ốc – mô phỏng
............................70
Hình 3.25: Điện áp nút 5 – dây quấn xoắn ốc – mô phỏng
............................70
Hình 3.26: Điện áp nút 6 – dây quấn xoắn ốc – mô phỏng
............................71
Hình 3.27: Điện áp nút 7 – dây quấn xoắn ốc – mô phỏng
............................71
Hình 3.28: Điện áp nút 8 – dây quấn xoắn ốc – mô phỏng
............................72
Hình 3.29: Điện áp nút 9 – dây quấn xoắn ốc – mô phỏng
............................72
Hình 3.30: Điện áp nút 10 – dây quấn xoắn ốc – mô phỏng
..........................73
Hình 3.31: Điện áp nút 11 – dây quấn xoắn ốc – mô phỏng
..........................73
Hình 3.32: Điện áp nút 12 – dây quấn xoắn ốc – mô phỏng
..........................74
Hình 3.33: Điện áp tại 1 tại các nút - dây quấn xoắn ốc .....................................75

HDKH: PGS.TS Phạm Văn Bình

5

HVTH: Ngô Văn Sơn


Trường đại học bách khoa Hà Nội

Luận văn cao học

MỞ ĐẦU
 Tính cấp thiết của đề tài
Trong 60 năm qua, ngành Điện lực Việt Nam đã phát triển vượt bậc, từ chỗ
chỉ có 31,5 MW công suất năm 1954, đến nay tổng công suất lắp đặt của hệ thống
điện Quốc gia khoảng 34.000 MW, gấp hơn 1.000 lần! Từ một hệ thống điện nhỏ
bé, lạc hậu và manh mún, sau 60 năm, hệ thống điện Việt Nam đã trở thành hệ
thống điện đứng thứ 31 thế giới và thứ 3 trong khu vực Đông Nam Á, với đa dạng
các nguồn điện và hệ thống lưới điện siêu cao áp 220kV, 500 kV trải dài đất nước.
Chỉ trong 20 năm trở lại đây, ngành Điện đã đưa vào vận hành tổng công suất
10.416 MW nguồn điện, tổng công suất của toàn hệ thống điện tới cuối năm 2014
đạt 34.000 MW, có khả năng sản xuất cung cấp cho đất nước tới 160 tỷ kWh/năm
và niềm mong ước của nhiều thế hệ ngành Điện là hệ thống điện có dự phòng công
suất đã trở thành hiện thực với mức dự phòng trên 20% từ năm 2013. Hệ thống lưới
điện quốc gia đã là một thể thống nhất, vươn tới mọi miền của đất nước với trên
6.000 km đường dây 500 kV, 30.000 km đường dây từ 110 kV-220 kV, hơn
430.000 km lưới phân phối từ 0,4 kV tới 35 kV và hàng trăm nghìn trạm biến áp
truyền tải - phân phối. Năm 2005, đường dây 500 kV Bắc-Nam mạch 2 hoàn thành
và năm 2013, đường dây 500kV mạch 3 hoàn thành đã tạo nên trục truyền tải siêu
cao áp 500 kV Bắc-Nam hoàn thiện gồm 3 mạch với tổng chiều dài gần 4.000 km,
kết nối vững chắc hệ thống điện toàn quốc đáp ứng yêu cầu về độ an toàn và tin cậy.
Lưới điện của Việt Nam cũng đã kết nối với lưới điện các nước láng giềng Trung
Quốc, Lào, Campuchia ở các cấp điện áp từ 22 kV tới 220 kV.

Trong hệ thống điện lớn mạnh như vậy, máy biến áp là những mắt xích quan
trọng nhất. Người ta nói rằng, nếu coi đường dây là mạch máu thì máy biến áp
giống như trái tim! Hoặc theo cách phân loại tài sản, máy biến áp lực là một trong
những đầu tư lớn nhất của ngành điện. Những sự cố của máy biến áp, đặc biệt là sự
cố các máy biến áp truyền tải ảnh hưởng đến vận hành của hệ thống điện và việc

HDKH: PGS.TS Phạm Văn Bình

6

HVTH: Ngô Văn Sơn


Trường đại học bách khoa Hà Nội

Luận văn cao học

cung cấp điện năng cho một vùng rộng tiêu thụ rộng lớn, gây thiệt hại không nhỏ về
mặt kinh tế. Điều này dẫn đến việc quản lý tình trạng thiết bị và khả năng chống
chịu sự cố luôn được ưu tiên.
Trong các dạng sự cố máy biến áp, sự cố sinh ra do quá điện áp là dạng sự cố
nặng nề và khó khắc phục, sữa chữa nhất. Chính vì vậy việc bảo vệ quá áp cho máy
biến áp trở thành một vấn đề cấp thiết nhất, và cũng là đòi hỏi hàng đầu của khách
hàng đối với các kỹ sư thiết kế và các nhà cung cấp hiện nay. Do đó, tôi chọn đề tài
“Một số giải pháp chống quá điện áp trong máy biến áp truyền tải” nhằm nghiên
cứu sâu hơn về một số giải pháp đang sử dụng hiện nay, và đưa ra các giải pháp mới
trong việc bảo vệ quá áp cho máy biến áp. Đề tài đi sâu vào nghiên cứu giải pháp sử
dụng cách quấn dây đan xen để phân bố lại điện áp ban đầu trên bối dây, từ đó
chống quá điện áp nội bộ trong máy biến áp.
Phương pháp quấn dây đan xen (the interleaved disk-type winding) được công

bố trong hai bài báo bởi Chadwick, Ferguson, Ryder, và Stearn vào năm 1950. Họ
chỉ ra rằng việc đan xen các vòng dây đã làm tăng điện dung nối tiếp giữa các bánh
dây, từ đó phân bố đều điện áp giữa các bánh dây và làm tăng khả năng chịu quá áp.
Phương pháp quấn dây đan xen đã trở thành phương pháp thiết yếu và sử dụng cho
hầu hết các bối dây cao áp (110kV trở lên) trong các máy biến áp truyền tải. Tại
Tổng công ty thiết bị điện Đông Anh, phương pháp này được đưa vào nghiên cứu
và ứng dụng đầu tiên vào năm 2011 do kỹ sư Hoàng Anh, sau đó được kế thừa và
phát triển trở thành một phương pháp quấn dây đặc biệt quan trọng, và đã góp mang
lại thành công cho EEMC trong việc giành được chứng chỉ “Thử nghiệm ngắn
mạch”.

 Ý nghĩa khoa học – thực tiễn
Luận văn đã nghiên cứu sâu về một phương pháp quấn dây có hiệu quả rất lớn
trong việc tăng khả năng chống chịu với điện áp cao của cuộn dây máy biến áp.
Bằng cách mô phỏng bài toán một cách trực quan, kết quả trả về chính xác, luận văn
đã đưa ra một hướng mới trong việc tính toán thiết kế bối dây, và kiểm nghiệm lại
khả năng chịu điện áp cao của các bối dây.
HDKH: PGS.TS Phạm Văn Bình

7

HVTH: Ngô Văn Sơn


Trường đại học bách khoa Hà Nội

Luận văn cao học

 Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu
 Mục đích: Xác định điện áp trên từng vị trí của bối dây khi chịu xung

sét tác động vào đầu cực máy biến áp. Xác định được phân bố điện áp
trên cuộn dây tại một thời điểm bất kỳ, cụ thể là thời điểm xung sét có
giá trị cực đại, từ đó kết luận về tính hiện quả của phương pháp quấn
dây đan xen.
 Đối tượng: Cuộn dây máy biến áp sử dụng phương pháp quấn dây đan
xen và quấn dây xoắn ốc liên tục.
 Phạm vi nghiên cứu: Tìm hiểu về quá điện áp và một số phương pháp
chống quá điện áp trong máy biến áp truyền tải. Nghiên cứu về mô
hình dây quấn đan xen, mạch điện tương đương và các tham số của
mạch điện. Nghiên cứu về cách tính toán phân bố điện áp sử dụng
phương pháp biến trạng thái, và mô phỏng quá trình tính toán bằng
phần mềm Matlab&Simulink.

 Những thuận lợi và khó khăn
 Thuận lợi:
-

Về lý thuyết, thừa kế kho tài liệu về MBA là các tài liệu chuyên
sâu, đề cập một cách chi tiết và có hệ thống những vấn đề cơ bản
về lý thuyết, công nghệ chế tạo, kinh nghiệm vận hành, bảo dưỡng
và thử nghiệm máy biến áp.

-

Về thực tiễn, được tiếp xúc trực tiếp với các phương pháp quấn
dây trong máy biến áp, cụ thể là phương pháp quấn dây đan xen tại
Tổng công ty Thiết bị điện Đông Anh.

 Khó khăn:
-

Ở nước ta, số lượng các nhà máy chế tạo máy biến áp truyền tải
không nhiều, vì vậy phương pháp quấn dây này còn khá mới mẻ, ít
có các tài liệu nghiên cứu chuyên sâu về riêng phương pháp này.

HDKH: PGS.TS Phạm Văn Bình

8

HVTH: Ngô Văn Sơn


Trường đại học bách khoa Hà Nội

-

Luận văn cao học

Quá trình mô phỏng bằng phần mềm gặp khó khăn do việc xác
định các điều kiện biên.

 Nội dung luận văn: Gồm 3 chương
 Chương 1: Tổng quan nghiên cứu
 Chương 2: Xây dựng mô hình dây quấn đan xen
 Chương 3: Tính toán phân bố điện áp trong bối dây quấn đan xen

 Lời cảm ơn
Em xin chân thành cảm ơn PGS.TS Phạm Văn Bình, các thầy cô trong bộ môn
Thiết bị điện – Điện tử, các thầy cô trong khoa Điện trường Đại học Bách Khoa Hà
Nội, cùng toàn bộ các đồng nghiệp tại Tổng công ty thiết bị điện Đông Anh đã giúp

đỡ em hoàn thành luận văn này.

HDKH: PGS.TS Phạm Văn Bình

9

HVTH: Ngô Văn Sơn


Trường đại học bách khoa Hà Nội

Luận văn cao học

Chương 1 – TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU
1.1.

Các dạng quá điện áp trong máy biến áp

1.1.1. Quá điện áp khí quyển
Có rất nhiều định nghĩa về quá điện áp khí quyển, tuy nhiên theo các nghiên
cứu khoa học được đăng tải trên các cuốn sách và tạp chí gần đây ( [1] trang 307308, [7] trang 7-25) các tác giả nhận định rằng quá điện áp khí quyển, hay còn gọi
là sét, thực chất là một dạng phóng điện tia lửa trong không khí với khoảng cách rất
lớn. Chiều dài trung bình của khe sét khoảng 3÷5 km, phần lớn chiều dài đó phát
triển trong các đám mây giông. Quá trình phóng điện của sét tương tự như quá trình
phóng điện tia lửa trong điện trường rất không đồng nhất với khoảng cách phóng
điện lớn. Đặc điểm của quá điện áp khí quyển là xảy ra trong khoảng thời gian ngắn
(10-6 đến 10-4s), có độ dốc rất lớn (1010 đến 1012 V/s), vì vậy ở cùng một thời điểm ở
những vị trí chỉ cách nhau vài mét trên đường dây sự quá áp đã khác nhau nhiều.
Căn cứ theo vị trí, quá điện áp khí quyển có thể chia làm ba loại:
+ Sét đánh từ xa: Sét đánh từ xa không xảy ra ngay lập tức tại vùng lân cận

của thiết bị đóng cắt. Sét đánh từ xa gây ra một sóng lan truyền mà được mô phỏng
bởi 1 điện áp xung sét với thời gian đầu sóng là 1,2 µs và thời gian chiều dài sóng là
50 µs. Các sóng lan truyền tới thiết bị đóng cắt, và nó được cho rằng giá trị biên độ
thấp hơn điện áp phóng điện của cách điện của đường dây trên không. Vì thế, sét
đánh từ xa không dẫn đến bất cứ một phóng điện nào ở cách điện đường dây ngay
lập tức gần nơi thiết bị đóng cắt. Biên độ của các sét này (90% giá trị điện áp chịu
đựng) được tính toán từ 50% giá trị điện áp phóng điện của cách điện, lấy giá trị độ
lệch chuẩn

= 0,03 đối với các điện áp xung sét.
U90 = U50 *(1+1,3. )

(1)

Ví dụ mô phỏng của việc sét đánh từ xa với biên độ là 1600kV đối với hệ
thống 230kV được minh họa trong hình 1.1a.

HDKH: PGS.TS Phạm Văn Bình

10

HVTH: Ngô Văn Sơn


Trường đại học bách khoa Hà Nội

Luận văn cao học

+ Sét đánh vào các cột: Khi sét đánh trực tiếp vào cột làm gia tăng điện thế
của cột và phụ thuộc vào mức điện trở bước và mức cách điện của đường dây trên

không, dẫn đến phóng điện ngược lại từ cột tới đường dây. Những phóng điện
ngược này là do các sóng lan truyền dọc qua các dây dẫn tới thiết bị đóng cắt. Mô
phỏng của sét đánh này có dạng sóng lõm trong khi tăng với thời gian tới giá trị nữa
xấp xĩ 100 µs. Đối với biên độ của dòng sét, giá trị lớn nhất là 200kA khi sét đánh
vào mức đất sẽ được cho là trường hợp tệ nhất. Hình 1.1b mô tả dòng sét với giá trị
là 200kA.

Hình 1.1: Mô phỏng dòng và áp của sét
+ Xung quanh khu vực sét đánh vào các vật dẫn của đường dây trên
không: Biên độ dòng của sét mà đánh vào vật dẫn trên đường dây bị ảnh hưởng lớn
của hình dạng của cột và ảnh hưởng của dây chống sét trên không. Các cột cao cộng
với khoảng cách vật dẫn rộng và góc bảo vệ từ dây chống sét trên không sẽ dẫn tới
các dòng sét đánh trực tiếp lên dây dẫn sẽ cao hơn. Do đó, biên độ của dòng điện sét
cũng được tính như là một hàm của hình dạng cột đối với các đường dây trên
không. Thông thường, dòng điện sét dao động trong khoảng từ 10kA đến 60kA.
Tương tự như sét đánh vào cột, dạng sóng lõm cũng xảy ra trong khi tăng, với thời

HDKH: PGS.TS Phạm Văn Bình

11

HVTH: Ngô Văn Sơn


Trường đại học bách khoa Hà Nội

Luận văn cao học

gian tới giá trị nữa xấp xĩ là 100 µs. Một ví dụ của dạng sóng có cường độ dòng là
30kA được mô tả như hình 1.1c.

Căn cứ theo đối tượng chịu quá điện áp, có thể phân làm hai loại: quá điện áp
của pha – đất và quá điện áp của pha – pha. Quá điện áp pha – đất có thể xảy ra ở
một, hai hoặc cả ba pha. Sự quá áp giữa hai hoặc ba dây dẫn gây nên mất đối xứng
điện áp so với đất (ví dụ dọc dây dẫn thứ nhất có sóng dương, dọc dây dẫn thứ hai –
cùng dạng nhưng sóng âm). Các dạng khác nhau của sóng sét có ảnh hưởng khác
nhau đến dây quấn của máy biến áp.
Cũng như bất cứ một kích động điện từ nào vào hệ thống điện (các quá trình
đóng cắt bình thường, các trường hợp ngắn mạch, sự cố...) phóng điện sét gây nên
sóng điện từ, tỏa ra xung quanh với tốc độ rất lớn, trong không khí tương đương với
tốc độ ánh sáng. Trường hợp sét đánh trực tiếp vào dây dẫn của đường dây, thì trị số
của quá điện áp tùy thuộc vào biên độ của dòng sét có thể lên đến hàng triệu, thậm
chí hàng chục triệu Volt. Trường hợp sét đánh gần đường dây, gây nên quá điện áp
cảm ứng, có biên độ tương đối bé, cao nhất khoảng vài trăm nghìn Volt. Sóng quá
điện áp xuất hiện trên đường dây truyền đến trạm biến áp sẽ tác dụng lên cách điện
của các thiết bị trong trạm.
Sóng sét trên đường dây bao giờ cũng có suy giảm, chủ yếu là vầng quang, tổn
hao phát nhiệt trên dây dẫn, trên đất và vật liệu cách điện nằm trên đường truyền
sóng. Suy giảm làm giảm chiều cao đỉnh của sóng sét, giảm độ dốc đầu sóng. Với
khoảng cách 1,5km từ nơi bị sét đánh độ dốc phần lớn giảm còn lại không vượt quá
500kV/µs. Để bảo vệ đường dây và máy biến áp người ta thường dùng chống sét
kiểu chấu phóng điện, chúng được đặt ở các khoảng cách 0,5 ÷ 1,5 km dọc đường
dây.
Dòng điện của sét như Hình 1.2 có dạng một sóng xung. Trung bình trong
khoảng vài ba micro giây, dòng điện tăng nhanh đến trị số cực đại tạo nên phần đầu
sóng và sau đó giảm xuống chầm chậm trong khoảng 20 ÷ 100µs, tạo nên phần đuôi
sóng. Dạng sóng sét xác định qua các thông số: giá trị đỉnh U, thời gian đầu sóng Tc

HDKH: PGS.TS Phạm Văn Bình

12

HVTH: Ngô Văn Sơn


Trường đại học bách khoa Hà Nội

Luận văn cao học

(thời gian từ thời điểm xuất hiện tới khi sóng sét đạt cực đại), thời gian thân sóng Tg
(thời gian cho đến khi biên độ sóng giảm còn 1/2 biên độ).
u /U

sã n

g

100

§ Çu

Th©

n s
ãng

50

t

Tc

Tg

Hình 1.2: Dạng sóng sét
Sóng tiêu chuẩn theo IEC được xác định ứng với Tc = 1,2 µs, Tg = 50 µs,
thường ký hiệu là 1,2/50, sóng tiêu chuẩn này TCVN6306-3: 1997 và IEC76-3:
1980 cho phép dung sai dưới dạng 1,2±30%/50±20% µs. Cũng có một số nước
chọn dạng sóng tiêu chuẩn khác, ví dụ sóng 1/50 dùng ở Trung và Tây Âu, sóng
1,5/40 dùng ở Nga, Mỹ...Sóng 1,2/50 được biểu diễn gần đúng dưới dạng đại số:
Sóng 1/50 được biểu diễn gần đúng như sau:

1.1.2. Quá điện áp nội bộ
Quá điện áp nội bộ xảy ra khi có sự thay đổi chế độ làm việc trong hệ thống
điện. Sự chuyển từ một chế độ làm việc này sang chế độ làm việc khác gắn liền với
sự phân bố lại năng lượng điện trường và từ trường tích lũy trong các điện dung và
điện cảm của mạch, kèm theo quá trình dao động quá độ và gây nên quá điện áp.

HDKH: PGS.TS Phạm Văn Bình

13

HVTH: Ngô Văn Sơn


Trường đại học bách khoa Hà Nội

Luận văn cao học

Nguyên nhân trức tiếp làm phát sinh quá điện áp nội bộ có thể là những thao
tác đóng cắt các phần tử của hệ thống trong chế độ làm việc bình thường (như đóng
cắt một đường dây không tải, cắt một máy biến áp không tải), nhưng cũng có thể là

do bản thân của những tình trạng sự cố khác nhau trong hệ thống điện như chạm
đất, ngắn mạch, đứt dây,...
Nhóm I: Quá điện áp thao tác
Xảy ra khi đóng cắt các phần tử của hệ thống điện trong chế độ làm việc bình
thường và sau sự cố cũng như khi xảy ra chạm đất bằng hồ quang. Thuộc nhóm I
có:
-

Quá điện áp khi cắt phụ tải điện dung như cắt đường dây dài không tải, cắt
bộ tụ điện bù.

-

Quá điện áp khi đóng đường dây dài, đặc biệt ở các máy cắt có bộ phận tự
đóng lại.

-

Quá điện áp khi cắt những dòng điện điện điện cảm bé, đặc biệt là khi cắt
máy biến áp không tải, động cơ không đồng bộ và máy bù.

-

Quá điện áp khi chạm đất bằng hồ quang không ổn định trong lưới có trung
tính cách điện và có trung tính nối đất cộng hưởng.

Nhóm II: Quá điện áp cộng hưởng
Gây nên bởi những dao động cộng hưởng trong hệ thống
-

Quá điện áp cộng hưởng ở tần số làm việc (cộng hưởng điều hòa)

-

Quá điện áp cộng hưởng ở tần số cao.

-

Quá điện áp cộng hưởng ở tần số thấp hơn tần số nguồn.

-

Quá điện áp cộng hưởng tham số, xảy ra do sự thay đổi chu kỳ tham số của
mạch.

Quá điện áp nội bộ được đặc trưng bởi các tham số sau:

HDKH: PGS.TS Phạm Văn Bình

14

HVTH: Ngô Văn Sơn


Trường đại học bách khoa Hà Nội

-

Luận văn cao học

Trị số cực đại, được đặc trưng bởi bội số của biên độ và điện áp pha định
mức

-

Thời gian duy trì của quá điện áp (thay đổi trong một phạm vi rộng từ một
vài trăm micro giấy (quá điện áp thao tác) đến vài trăm giây, thậm chí hàng
phút (quá điện áp cộng hưởng)

-

Tính lặp lại và mức độ lan truyền: cục bộ trong phần tử sự cố hay lan
truyền toàn hệ thống.

Nói chung quá điện áp nội bộ có thể duy trì tương đối lâu nên đối với cách
điện của trang thiết bị điện nó cũng không kém nguy hiểm so với các xung quá điện
áp khí quyển trong thời gian rất ngắn, đặc biệt đối với cách điện của các hệ thống
siêu cao áp (330÷750kV) mà ở đó mức cách điện chỉ vào khoảng 2÷2,5
Quá điện áp nội bộ là những điều kiện mà sự xuất hiện và diễn biến của nó
chịu sự chi phối của nhiều yếu tố ngẫu nhiên, nên các thông số của nó mang tính
chất thống kê.
Phương thức làm việc của điểm trung tính của hệ thống ảnh hưởng đến trị số
của quá điện áp nội bộ.
Trong lưới có trung tính cách điện, chạm đất một pha trong phần lớn các
trường hợp không phá hoại sự làm việc của hệ thống, nhưng điện áp của hai pha
không chạm đất tăng lên điện áp dây. Quá điện áp nội bộ, do đó, có hệ số bội cao
hơn so với trường hợp lưới có trung tính trực tiếp nối đất.
Quá điện áp nội bộ có ý nghĩa quan trọng trong việc lựa chọn mức cách điện
đường dây, của trang thiết bị, và cụ thể hơn là của các trạm phân phối. Tiếp đây
chúng ta sẽ đi sâu hơn vào hai dạng quá điện áp nội bộ cụ thể.

1.1.2.1. Quá điện áp xoay chiều
Tăng điện áp lưới điện trong thời gian lâu dài cho phép từ 10 đến 20%. Tăng
do dao động điện áp (trong vài giây) có thể 30 đến 35% xảy ra trong trường hợp đặc

HDKH: PGS.TS Phạm Văn Bình

15

HVTH: Ngô Văn Sơn


Trường đại học bách khoa Hà Nội

Luận văn cao học

biệt (ví dụ đóng tải đầu cuối đường dây dài cấp điện từ nhà máy thủy điện, hoặc xảy
ra ở đường dây dài khi tăng vòng quay của tuabin). Trường hợp đường dây kính sẽ
không xảy ra dao động này. Tăng điện áp lưới đôi khi không làm hỏng cách điện
nhưng làm ảnh hưởng xấu đến chất lượng cách điện. Chọn điện áp định mức của
chống sét sao cho không để chống sét làm việc trong trường hợp này.
Tăng điện áp do ảnh hưởng điện dung giữa các dây quấn không nối đất. Giả sử
máy biến áp không tải, dây quấn 2 không nối đất đặt giữa dây quấn 1 và trụ, tạo
thành điện dung chia điện áp giữa dây quấn này với đất (Hình 1.3a).

a)

b)
Hình 1.3: Tăng điện áp điện dung
a. Sơ đồ; b. Đồ thị vectơ.

Điện áp trung bình đối với đất

và

của dây quấn này tương tự điện áp

của trọng tâm tam giác điện áp dây so với đất, ta có:

Trong đó

gọi là tỉ số truyền tĩnh điện.

Xét máy biến áp hai dây quấn có tổ nối dây
định mức

. Nếu dây quấn có 1 điện áp

nối sao có trung tính cách điện với đất, nếu có một pha chạm đất thì

điện áp trọng tâm tam giác điện áp dây so với đất là

√ . Trọng tâm của

tam giác điện áp dây quấn 2 có điện áp so với đất:
√

HDKH: PGS.TS Phạm Văn Bình

16

HVTH: Ngô Văn Sơn


Trường đại học bách khoa Hà Nội

Luận văn cao học

Nếu dây quấn 2 nối tam giác thì một cực có điện áp lớn hơn

lượng bằng

(Hình 1.3b) như vậy cách điện phải chịu được:
√
Thí dụ
Điện áp ở dây quấn
nghiệm

,

,

, ta có

.
bằng điện áp thí

khi có ngắn mạch một pha phía

.

Khắc phục tình trạng nguy hiểm này có thể thực hiện được bằng cách tăng
điện dung đầu dây quấn 2 với đất (tăng

), như có thể nối thêm tụ điện, nối cáp

các đầu ra của dây quấn, nối đất bất kỳ điểm nào của dây quấn qua điện trở.
1.1.2.2. Cộng hưởng điện áp
Cộng hưởng điện áp chỉ hay xảy ra ở đường dây siêu cao áp (275 ÷ 700kV).
Trường hợp mạch có tần số riêng thấp, xảy ra ngắn mạch hoặc đứt dây đôi khi
có cộng hưởng ngay ở tần số cơ bản. Những phần tử hay gây cộng hưởng là: cuộn
kháng bão hòa, máy biến áp không tải (xuất hiện điều hòa bậc cao), điện dung nối
tiếp trên đường dây (giảm tần số dao động riêng).
Lưới dưới 200kV không có trung tính nối đất ít xảy ra cộng hưởng.

1.2. Phóng điện trong dầu máy biến áp
1.2.1. Định nghĩa
Phóng điện là hiện tượng đánh thủng điện môi cục bộ của một bộ phận nhỏ
trong hệ thống cách điện rắn hoặc lỏng dưới tác động của điện áp cao. Trong khi đó
phóng điện vầng quang thường được phát hiện bởi sự phát sáng liên tục và tương
đối ổn định hoặc phóng điện thoáng qua trong không khí, những hiện tượng phóng
điện cục bộ trong một hệ thống cách điện có thể quan sát hoặc không quan sát được
thường xuyên bằng mắt, và số lần phóng điện cục bộ trong hệ thống cách điện
thường ít xảy ra hơn so với phóng điện vầng quang trong tự nhiên.

HDKH: PGS.TS Phạm Văn Bình

17

HVTH: Ngô Văn Sơn

Trường đại học bách khoa Hà Nội

Luận văn cao học

1.2.2. Cơ chế phóng điện
Phóng điện thường xuất hiện ở những khoảng trống, những vết nứt bên trong
điện môi rắn, tại bề mặt ranh giới giữa điện môi và vật dẫn điện trong điện môi rắn
và lỏng, hoặc những bọt khí nằm trong điện môi lỏng. Hiện tượng phóng điện được
giới hạn một phần của cách điện, nó chỉ cầu cục bộ khoảng cách của những điện
cực. Phóng điện cục bộ cũng có thể xuất hiện dọc theo ranh giới giữa những vật liệu
cách điện khác nhau.
Tại những khoảng trống chứa đầy khí trong chất điện môi thường xảy ra hiện
tượng phóng điện cục bộ, do ở những vị trí này độ bền điện môi yếu. Vì vậy cảm
ứng điện xuất hiện ở những khoảng trống cao hơn so với các vị trí khác trong điện
môi, nếu điện áp cảm ứng này cao hơn điện áp khởi đầu của vầng quang (CIVCorona inception voltage) thì lúc đó phóng điện cục bộ bắt đầu xảy ra.
Khi xảy ra phóng điện cục bộ nó sẽ phá hủy nhanh chóng vật liệu cách điện và
cuối cùng dẫn đến phóng điện. Phóng điện cục bộ có thể ngăn ngừa thông qua việc
thiết kế và lựa chọn vật liệu cách điện. Trong tiêu chuẩn thiết bị điện áp cao, chất
lượng của cách điện được đánh giá khi sử dụng thiết bị phát hiện phóng điện trong
suốt quá trình sản xuất cũng như kiểm tra định kỳ thiết bị điện. Sự phòng ngừa và
phát hiện phóng điện là cần thiết nhằm mục đích đảm bảo thiết bị điện hoạt động
lâu dài, an toàn và tin cậy trong hệ thống điện.
1.2.3. Phóng điện trong dầu máy biến áp
Với dầu biến áp ở
tích A (

theo Palmer và Sharply phóng điện phụ thuộc vào thể

)

(

)

(

)

Hai công thức trên cho ta tính toán điện áp đánh thủng với điện áp hiệu dụng
và với điện áp xung. Dầu biến áp giả định có hằng số điện môi xấp xỉ 2,5.

HDKH: PGS.TS Phạm Văn Bình

18

HVTH: Ngô Văn Sơn


Trường đại học bách khoa Hà Nội

Luận văn cao học

1.3. Một số phương pháp chống quá điện áp
1.3.1. Sử dụng chấu phóng điện
Thiết bị đơn giản nhất có thể giảm độ lớn đỉnh sóng là chấu phóng điện (hình
1.4), được chế tạo bằng hai thanh dẫn tròn, một thanh gắn vào đầu dây ra và thanh
còn lại gắn trên mặt máy.
Sau khi có phóng điện qua chấu, dòng hồ quang không bị dập tắt mà tồn tại
ngắn mạch với đất, làm máy cắt hoặc cầu chì làm việc. Loại bảo vệ này chỉ dùng
cho phụ tải loại hai, cho phép ngừng cấp điện trong thời gian ngắn, được tự động

đóng điện lặp lại. Điện áp bảo vệ máy biến áp xác định nhờ so sánh tương quan đặc
tính phóng điện của chấu và mặt bằng đặc tính của máy biến áp.

Hình 1.4: Chấu phóng điện
Khái niệm về đặc tính phóng điện và phương pháp xác định được mô tả dưới
Hình 1.5.

Hình 1.5: Phương pháp xác định đặc tính của chấu phóng điện
HDKH: PGS.TS Phạm Văn Bình

19

HVTH: Ngô Văn Sơn


Trường đại học bách khoa Hà Nội

Luận văn cao học

Tác giả Phạm Văn Bình ([1]) đã chỉ ra cách xác định đặc tính của chấu phóng
điện. Lần lượt đặt lên điện cực của chấu phóng điện các xung điện áp a, b, c, d, e có
cùng thời gian đầu sóng

, thời gian thân sóng

, nhưng chúng có điện áp đỉnh

theo thứ tự giảm dần. Xung có độ dốc lớn nhất (a) bị ngắt ở phần đầu sóng,
tiếp theo là xung bị ngắt (b) ngay ở thời điểm đạt giá trị đỉnh

,

, tiếp đến (c, d)

là các xung bị cắt ở phần thân sóng với thời gian tồn tại là . Nếu tiếp tục giảm đỉnh
sóng, khả năng có phóng điện không xác định: có thể có phóng điện nhưng rất
chậm, hoặc không thể phóng điện, xung (e); tiếp tục giảm nữa, sự phóng điện không
xảy ra. Như vậy giảm độ dốc đầu sóng là giảm điện áp đỉnh sẽ làm tăng thời gian trễ
phóng điện . Đường
ứng với

Giá trị

có dạng gần hyperbol gọi là đặc tính phóng điện.
gọi là mặt bằng của đặc tính phóng điện. Để xác định

từng điểm của đặc tính, ứng với mỗi độ dốc của xung ta đo nhiều lần và lấy giá trị
trung bình thời gian trễ . Nếu lấy mặt bằng của đặc tính ứng với
ứng với đỉnh

, nghĩa là

của xung đã cho có một nửa số lần thử có phóng điện. Trong thực

tế người ta chọn mặt bằng bảo vệ là mặt bằng bảo vệ là mặt bằng đặc tính ứng với
, nghĩa là giá trị đỉnh nhỏ nhất mà còn có hiện tượng phóng điện 100% số
lần thử. Đặc tính phóng điện không phải là một đường cong duy nhất mà tương ứng
với một dải khá rộng. Độ rộng, hẹp của dải phụ thuộc vào áp suất, nhiệt độ, độ ẩm
không khí (sai số 10%) và ngoài ra còn phụ thuộc vào cực tính của xung (với xung
âm miền này rộng hơn).

1.3.2. Sử dụng chống sét van
Chống sét van được ghép bởi một số chấu phóng điện kết hợp với điện trở phi
tuyến (hình 1.6). Để bảo vệ quá điện áp khí quyển, chống sét van được nối với cả ba
pha và đất.
Hoạt động của chống sét van có thể chia làm ba giai đoạn:
1. Giai đoạn điện áp tăng theo độ dốc của xung sét trên cực của chống sét
(cuối cùng bắt đầu có phóng điện ở các chấu).

HDKH: PGS.TS Phạm Văn Bình

20

HVTH: Ngô Văn Sơn


Trường đại học bách khoa Hà Nội

Luận văn cao học

Hình 1.6: Sơ đồ chống sét van
2. Giai đoạn xuất hiện dòng điện qua chống sét
3. Giai đoạn dòng điện bị cắt, điện áp chỉ còn lại bằng điện áp lưới điện.
Giai đoạn đầu tùy thuộc vào đặc tính phóng điện của chấu phóng điện, điện trở
phi tuyến chưa có tác dụng. Giai đoạn hai chấu phóng điện bị ngắn mạch, điện áp
xung đặt hết lên điện trở phi tuyến. Giai đoạn ba, điện trở hạn chế độ lớn của dòng
điện, chấu phóng điện dập hồ quang.
Đặc tính chống sét van được xác định bởi:
-

Điện áp tắt của hồ quang

-

Điện áp định mức

-

Điện áp hồ quang ổn định

-

Điện áp mồi hồ quang

-

Dòng điện tải xung định mức

-

Điện áp ở chế độ phóng điện định mức

-

Điện áp mức bảo vệ

1. Điện áp tắt của hồ quang

(cũng gọi là an toàn cách điện)
là giá trị hiệu dụng lớn nhất của điện áp làm

việc (50Hz) đặt trên cực chống sét, mà lúc đó hồ quang được dập tắt. Người ta xác
định

bằng thí nghiệm.
2. Điện áp định mức
xác định dựa vào điện áp

là điện áp làm việc lớn nhất cho phép (50Hz).
. Thông thường chọn

HDKH: PGS.TS Phạm Văn Bình

21

.

HVTH: Ngô Văn Sơn


Trường đại học bách khoa Hà Nội

3. Điện áp hồ quang ổn định

Luận văn cao học

là điện áp xoay chiều nhỏ nhất mà chống

sét có phóng điện. Nó có giá trị lớn hơn điện áp làm việc lớn nhất. Thường người ta
chọn

giữ cho lưới khỏi quá áp.
4. Điện áp mồi hồ quang

là giá trị nhỏ nhất của xung dạng 1,2/50 để

chống sét van phóng điện 100%.
5. Dòng điện tải xung định mức

là giá trị đỉnh của dòng điện xung, đảm

bảo chống sét không bị hỏng sau một số lần làm việc.
6. Điện áp ở chế độ phóng điện định mức

. Đặt xung chuẩn 1,2/50 lên

cực của chống sét, điện áp tăng dần thay đổi cho đến khi phóng điện qua chấu, ta có
thể đo được biến đổi điện áp trên cực chống sét, điện áp này thực chất là điện áp
trên điện trở phi tuyến, cho nên tăng hay giảm tùy thuộc vào dòng điện qua nó. Ứng
với dòng điện xung bằng

ta có điện áp ở chế độ phóng điện định mức

.

Chống sét van thường được bố trí trên các cột trạm, là thiết bị bảo vệ máy tiên
phong, tuy nhiên trong các trường hợp quá điện áp khí quyển thì bảo vệ bằng chống
sét van là không đủ, bởi vì năng lượng của xung sét quá lớn. Vì vậy cần phải tăng
cường bảo vệ quá áp bằng các phương pháp dưới đây.
1.3.3. Sử dụng vành điện dung
Ở tần số điện công nghiệp, vai trò của các thành phần điện dung là không đáng

kể và thường được không được nhắc tới. Khi xung điện áp tác động vào đầu cực
cuộn dây máy biến áp, có chứa các thành phần sóng hài bậc cao, vai trò của các
thành phần điện dung lúc này trở nên đáng kể hơn nhiều. Lúc này, điện áp đặt tại
đầu cực cuộn dây rơi nhiều trên một vài bánh dây đầu tiên, vì vậy các bánh dây này
thường được tăng cường cách điện hoặc được nối song song với một điện cực đẳng
thế mà người ta vẫn hay gọi là “vành điện dung” (hình 1.7). Vành điện dung được
sử dụng hầu hết tại đầu bối dây các bối dây cao áp 110-500kV. Cách tính toán vành
điện dung và giá trị điện áp vành điện dung chịu được khi đặt bối dây vào điện áp
cao được nêu cụ thể rõ ràng trong nghiên cứu của S.V.Kulkarni và S.A.Khapard
[2], tuy nhiên do phạm vi nghiên cứu của luận văn tác giả không đề cập tại đây.
Vành điện dung là điện cực được chế tạo bằng lá kim loại, thường sử dụng đồng lá
HDKH: PGS.TS Phạm Văn Bình

22

HVTH: Ngô Văn Sơn


Trường đại học bách khoa Hà Nội

Luận văn cao học

dầy 0,25mm quấn đều quanh lõi vành được chế tạo bằng giấy ép hoặc gỗ.

Vành

điện dung được bố trí ở đầu cuộn dây, nơi có điện áp rơi nhiều nhất, hay nói cách
khác là nơi có gradient điện áp lớn nhất khi có xung điện áp tác động vào.

Hình 1.7: Bố trí 1 vành điện dung trong bối dây

Đôi khi để tăng khả năng bảo vệ quá điện áp, người ta còn bố trí 02 vành điện
dung tại vị trí đầu bối dây, cách nhau một bánh dây như hình 1.8. Vành điện dung
tạo với bánh dây đầu tiên thành một tụ điện giả định, với bản cực có diện tích bằng
diện tích bề mặt vành, và khoảng cách giữa hai bản cực là khoảng cách giữa vành
và gallet đó. Qua thực nghiệm người ta thấy được rằng: quá điện áp giữa hai bánh
dây đầu tiên là 0,5~0,7
dung và là 0,3~0,5

với bối dây quấn xoắn ốc liên tục không có vành điện

với bối dây có vành điện dung (trang 361 tài liệu [1]).

Hình 1.8: Bố trí 2 vành điện dung trong cuộn dây

HDKH: PGS.TS Phạm Văn Bình

23

HVTH: Ngô Văn Sơn


Trường đại học bách khoa Hà Nội

Luận văn cao học

Vành điện dung có tác dụng tăng cường điện dung của bối dây tại vị trí đầu
cực, tuy nhiên với các máy biến áp công suất lớn, điện áp cao, giá thành sản xuất
cao, người ta còn cần tăng cường điện dung của cả các bánh dây phía trong cuộn
dây. Phương pháp quấn dây đan xen là một phương pháp hiệu quả được sử dụng
phổ biến hiện nay.

Kết luận:
Quá điện áp là hiện tượng thường xảy ra trong máy biến áp, và thường để lại
hậu quả hư hỏng nặng cho máy nếu như không thiết kế bảo vệ đầy đủ. Quá điện áp
khí quyển thường xảy ra trong một khoảng thời gian rất ngắn, nhưng điện áp đặt
vào đầu cực có giá trị biên độ và độ dốc lớn, rất nguy hiểm cho thiết bị điện cụ thể
là máy biến áp. Các phương pháp bảo vệ quá điện áp rất đa dạng, ở chương này tác
giả đã nêu sơ qua về ba phương pháp: sử dụng chấu phóng điện, sử dụng chống sét
van, và sử dụng vành điện dung.
Trong chương kế tiếp hiệu ứng và vai trò cụ thể của điện dung trong bối dây
trong việc chống lại quá điện áp sẽ được đề cập rõ ràng hơn. Ngoài ra, một phương
pháp quấn dây làm tăng hiệu ứng điện dung trong nội tại bối dây cũng được đề nêu
ra và là nội dung chính của luận văn. Phương pháp quấn dây đan xen được tác giả
S.V.Kulkarni và S.A.Khapard đề cập khá rõ trong [2], tác giả Phạm Văn Bình cũng
đưa ra cách tính toán các thông số trong cuộn dây ở [1]. Ở chương 2, tác giả sẽ xây
dựng tường minh mô hình quấn dây đan xen: mô hình hình học, mạch điện tương
đương, và cuối cùng là tính toán các thông số cơ bản của mạch.

HDKH: PGS.TS Phạm Văn Bình

24

HVTH: Ngô Văn Sơn


Trường đại học bách khoa Hà Nội

Luận văn cao học

Chương 2 – XÂY DỰNG MÔ HÌNH DÂY QUẤN

ĐAN XEN
2.1.

Phân bố điện áp ban đầu

Khi một xung vuông tác động vào đầu cực cuộn dây, điệp áp tại thời điểm ban
đầu phân bố trong cuộn dây phụ thuộc vào điện dung giữa các vòng dây, điện dung
giữa các bánh dây, điện dung giữa các bối dây với nhau và giữa bối dây với đất.
Điện cảm và điện dẫn của cuộn dây không có tác động gì đến sự phân bố điện áp
ban đầu. Vì từ trường đòi hỏi một khoảng thời gian hữu hạn để bão hòa nên dòng
qua điện cảm không thể xác lập tức thời. Do đó trong thực tế điện cảm không cho
dòng điện chạy qua và sự phân bố điện áp được xác định bởi mạng điện dung. Khi
điện áp được duy trì trong một khoảng thời gian đủ dài (50 – 100

) dòng bắt đầu

chảy qua điện cảm đáng kể, cuối cùng tạo nên phân bố điện áp xác lập. Vì thế có sự
khác biệt giữa phân bố điện áp ban đầu và phân bố điện áp xác lập (hình 2.1).

(a)Phân bố điện áp ban đầu

(b)Phân bố điện áp xác lập

(c)Điện áp cực đại

Hình 2.1: Phân bố điện áp trong bối dây
HDKH: PGS.TS Phạm Văn Bình

25

HVTH: Ngô Văn Sơn