Tài liệu Kỹ thuật điện_ Phần 1.5 pdf

CHƯƠNG 5
CÁC MÁY BIẾN ÁP LÀM VIỆC SONG SONG
5.1 Mở đầu
Khi phải tăng công suất cấp cho phụ tải, hoặc đảm bảo cấp điện liên tục
cho phụ tải ta cho các biến áp làm việc song song. Hai biến áp gọi là làm việc song
song với nhau khi các cuộn dây sơ cấp nối chung vào lưới điện cung cấp, còn cuộn
thứ cấp nối chung vào tải.
Có một yêu cầu rất quan trọng là: khi các biến áp làm việc song song nếu
không tải, thì chỉ có dòng rất nhỏ chạy phía sơ cấp các biến áp và khi có tải phải
đảm bảo phân tải đều giữa các máy biến áp. Khái niệm phân tải đều ở đây là ta
phải đảm bảo phân tải tỷ lệ với công suất định mức của từng máy, tránh có máy
làm việc quá tải lại có máy làm việc chưa đến tải. Công suất từ các biến áp đưa đến
tải phải là tổng số học các công suất của từng biến áp, điều này đòi hỏi dòng các
biến áp phải cùng pha với nhau.
5.2 Điều kiện để các biến áp làm việc song song và phương pháp kiểm
tra các điều kiện ấy.
Để các máy biến áp làm việc song song với nhau phải thoả mãn các điều
kiện sau:
1-Điện áp định mức phía sơ cấp các biến áp phải bằng nhau;
2-Điện áp định mức phía thứ cấp phải bằng nhau;
3-Tổ nối dây các biến áp phải giống nhau;
4-Các trụ đấu dây cùng tên phải được nối vào cùng một dây.
Chúng ta hãy xét hậu quả xảy ra khi các biến áp làm việc song song mà
một trong nhứng điều kiện trên không thoả mãn.
a-Khi điều kiện 1 và 2 không thoả mãn. Để giải thích các hiện tượng xảy ra
trong biến áp ta sử dụng đặc tính ngoài của biến áp (hình 5.1)
Từ hình vẽ ta thấy rằng do đặc tính ngoài của 2 biến áp khác nhau(không
trùng nhau) nên khi làm việc song song, điện áp các biến áp bằng nhau nhưng dòng
chạy qua các biến áp khác nhau, máy có đặc tính ngoài thấp sẽ tải ít hơn máy có
đặc tính ngoài cao. Trong trường hợp này khi ngắt tải khỏi biến áp, trong 2 biến áp
58

Hình 5.1 Đặc tính ngoài của 2 biến áp làm việc song song.
U
2
U
II
20
U
I
20
P
I
P
II
I
I
I
II
I
vẫn có dòng cân bằng chạy giữa 2 cuộn thứ cấp vì U
II
20
>U
I
20
. Lúc này biến áp 1 là
tải của biến áp 2.
b-Khi nối nhầm trụ đấu dây ví dụ: pha A máy I nối vào trụ A nhưng pha B
của máy II lại nối vào trụ này, lúc bấy giờ 2 cuộn thứ cấp của biến áp sẽ chịu điện
áp dây nên xuất hiện dòng cân bằng lớn.
Những biến áp có tổ nối dây khác nhau cũng có thể làm việc song song

được, nhưng phải đảm bảo sự bằng nhau về giá trị và pha của điện áp được mắc
vào cùng một trụ đấu dây. Để kiểm tra điều này ta dùng phương pháp gương soi.
Nội dung của phương pháp như sau: khi tổ đấu dây của 2 biến áp khác nhau, ta
dựng sao điện áp của chúng, rồi dùng một gương, soi sao điện áp của một biến áp
vào gương. Nếu ảnh của sao biến áp này giống sao của biến áp kia, thì chúng làm
việc song song được với nhau. Ví dụ: 2 biến áp có tổ nối dây Dy-5 và Dy-11 có thể
làm việc song song được với nhau. Muốn kiểm tra điều này ta dùng phương pháp
gương soi (hình 5.2).
Qua kiểm tra ta thấy 2 biến áp này làm việc được với nhau, chỉ có điều pha
a của biến áp Dy-11 phải nối với trụ nối dây pha c của biến áp Dy5, còn pha c của
biến áp Dy-11 phải nối với trụ nối dây pha a của Dy-5.
Khi có khi 2 máy biến áp làm việc song song thì:
U’
I
1
=U’
II
2

59
A
A
BC
C
B
b
c
a c
a
b

b
a
c
b)
a)
Gương soiDy-5
Dy-11
Hình 5.2 Phương pháp gương soi kiểm tra tổ nối dây khi đưa biến áp vào làm
việc song song
Ảnh của Dy-11
Và Z
ngm
I
I
I
= Z
ngmII
I
II
do đó:

I
ngm
II
ngm
II
I
Z
Z
I

I
=
Viết ở đại lượng tương đối :

I
ngm
II
ngm
II
I
U
U
I
I
%
%
=
hay
I
ngm
II
ngm
II
I
Z
Z
S
=
S
Từ đây ta thấy để phân chia tải tỷ lệ với công suất định mức các biến áp,

thì điện áp ngắn mạch của biến áp phải bằng nhau vì khi 2 máy biến áp làm việc
song song với nhau thì máy biến áp nào có điện áp ngắn mạch lớn sẽ có dòng tải
nhỏ (vì U
ngm
lớn thì U
2
nhỏ do đó dòng tải nhỏ và ngược lại).
Khi hai biến áp làm việc song song, thì biến áp có công suất lớn nên chọn
biến áp có điện áp ngắn mạch nhỏ để có thể sử dụng được toàn bộ công suất của
máy này.
Vì một điều kiện nào đó, phải làm việc song song 2 biến áp có điện áp
ngắn mạch khác nhau thì nên mắc nối tiếp với máy biến áp có điện áp ngắn mạch
nhỏ một cuộn kháng.
Để công suất ra bằng tổng số học công suất từng máy, nên chọn 2 biến áp
có công suất định mức bằng nhau, vì nếu công suất định mức khác nhau cosϕ
ngm
khác nhau nên dòng sẽ lệch pha nhau.
60
CHƯƠNG 6
QUÁ TRÌNH QUÁ ĐỘ CỦA MÁY BIẾN ÁP
6.1 Khái niệm
Quá trình quá độ xảy ra khi chuyển từ trạng thái ổn định này sang trạng
thái ổn định khác. Như vậy quá trình quá độ trong máy biến áp xảy ra khi: đưa biến
áp vào làm việc với lưới, khi điều chỉnh điện áp, khi thay đổi tải, khi ngắn mạch,
khi bị xét đánh và khi cắt biến áp ra khỏi tải, hoặc lưới cung cấp.
Sự chuyển từ trạng thái ổn định này sang trạng thái ổn định khác là sự thay
đổi năng lươịng chứa ở trong từ trường và điện trường của toàn mạch. Vì mạch có
một quán tính nhất định, cho nên sự thay đổi năng lượng không thể xảy ra tức thời,
mà phải sau một thời gian nhất định. Số đo quán tính của mạch là độ tự cảm L.
Quá trình quá độ bị dập tắt dần do năng lượng bị tiêu tán ở điện trở R. Với mạch R

và L thì thời gian quá độ xác định bằng hằng số thời gian của mạch τ=L/R.
Quá trình quá độ được mô tả bằng phương trình vi phân có vế phải. Giải
phương trình vi phân này, ta được 2 quá trình:quá trình ổn định và quá trình tự do.
Đặc tính của quá trình tự do, phụ thuộc vào sự thay đổi năng lượng của từ trường,
cùng với sự thay đổi này xuất hiện dòng và điện áp tự do.
Dòng điện và điện áp ở quá trình quá độ, có thể có giá trị rất lớn so với lúc
máy làm việc bình thường, vì lý do đó khi thiết kế cần phải lưu ý tới điều này (lưu
ý về độ bến cơ học, về điện và phương pháp bảo vệ v.v.).
6.2 Quá trình quá độ khi đưa máy biến áp vào lưới điện.
Ta nghiên cứu quá trình xảy ra trong máy biến áp khi đưa biến áp vào lưới
điện cung cấp. Nếu bỏ qua điện trở cuộn sơ cấp (R
1
=0) và tổn hao trong lõi thép
(R
Fe
= 0) thì sơ đồ tương đương của máy biến áp có dạng như hình 6.1.
Giả thiết rằng, độ cảm ứng từ của biến áp L
1
=const và từ thông dư không
tồn tại φ
dư
=0 ta có:
L
1
dt
di
0
= u
1
= U

1max
sin(ωt+ϕ) (6.1)
góc ϕ là góc ứng với thời điểm đưa biến áp vào lưới điện, tức là thời điểm t=0.
Giải phương trình vi phân ta có:
i
0
=
1
max1
L
U
ω
sin(ωt+ϕ-
2
π
)+C (6.2)
Ở đây C-là hằng số tích phân, phụ thuộc vào điều kiện đầu. Tại thời điểm
đưa biến áp vào lưới (t=0, ϕ=0 ) thì dòng điện i
0
=0 do đó:
C=-
1
max1
L
U
ω
sin(ϕ-
2
π
)

Do đó dòng điện không tải ở quá trình quá độ có dạng:
i
0
=
1
max1
L
U
ω
sin(ωt+ϕ-
2
π
)-
1
max1
L
U
ω
sin(ϕ-
2
π
) (6.3)
61
Trong đó dòng ổn định i
ôđ
bằng:
i
ôđ
=
1

max1
L
U
ω
sin(ωt+ϕ-
2
π
) còn dòng tự do:
62
∼
i
0
L
1
u,i
t
u
1
i
0
1
1
2
L
U
m
ω
1
1
L

U
m
ω
1
1
L
U
m
ω
−
t=0
i
ôđ
T
2I
môđ
t
ϕ=90
0
i
0
1
1
L
U
m
ω
i
0
=i

ôđ
t=0
t=0
i
ôđ
ω
ϕ
T
T
t
t
t
i
T
u
1
i
ôđ
u
1
ϕ=45
0
ϕ=0
0<ϕ=90
0
i
ôđmax
u
1
Hình 6.1 Đặc tính quá độ của dòng biến áp khi đưa vào lưới cung cấp.

i
t
i
ôđ
i
T
a)
b)
c)
d)
i
td
= -
1
max1
L
U
ω
sin(ϕ-
2
π
)
Đặt I
0max
=
1
max1
L
U
ω

thì dòng quá độ của biến áp có dạng:
i
0
=I
0max
sin(ωt+ϕ-
2
π
)-I
0max
sin(ϕ-
2
π
) =i
ôđ
+i
td
(6.4)
Kết luận;
Nếu bỏ qua R
1
, thì dòng điện tự do có giá trị không đổi và phụ thuộc vào
thời điểm đưa biến áp vào lưới điện. Ta xét một số trường hợp
a-Khi ϕ=0; Ta thực hiện đóng biến áp vào lưới điện khi điện áp lưới đạt giá
trị 0 (hình 6.1b), bên trái vẽ i
oôđ
, i
0td
và i
0

với tỷ lệ nhỏ hơn.
b-Khi ϕ =π/2. Đây là khi đóng biến áp vào lưới điện , điện áp lưới đạt giá
trị cực đại (hình 6.1c)
c-Khi 0<ϕ <π/2 .
Đây là trường hợp đưa biến áp vào lưới điện ở thời điểm bất kỳ (hình 6.1d).
Từ hình vẽ ta thấy, nếu đưa biến áp vài lưới cung cấp khi điện áp đạt giá
trị cực đại, thì dòng quá độ có dạng của dòng ổn định, còn đưa biến áp vào lưới khi
điện áp lưới bằng không, thì dòng quá độ đạt giá trị gần bằng 2 lần giá trị dòng ổn
định I
0max
=2I
0maxôđ
.
Vì I
0
=0 nên tại thời điểm t=0 dòng I
otd
và I
0ôđ
có giá trị bằng nhau nhưng
ngược chiều.
-Khi R
1
≠
0 (hình 6.2)
Vẫn giả thiết L
1
=const thì ta có:
63
∼

L
1
u
1
a)
u,i
u
1
i
0
t=0
i
ôđ
T
ϕ=0
i
ôđ
b)
t
2I
môđ
i
t
i
ôđ
Hình 6.2 Đặc tính quá độ của biến áp khi R
1≠
0
i
0

R
1