Tài liệu Nghiên cứu các thông số ảnh hưởng lên độ chính xác của máy biến điện áp cao thế kiểu dung

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CƠNG NGHỆ TP. HCM

---------------------------

NGUYỄN HỒI VŨ

NGHIÊN CỨU CÁC THƠNG SỐ ẢNH
HƯỞNG LÊN ĐỘ CHÍNH XÁC CỦA MÁY
BIẾN ĐIỆN ÁP CAO THẾ KIỂU DUNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành : Kỹ Thuật Điện
Mã số ngành: 60 52 02 02

HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. Hồ Văn Nhật Chương

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 03 năm 2013


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS. HỒ VĂN NHẬT CHƯƠNG
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)

Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Kỹ thuật Công nghệ
TP. HCM ngày … tháng … năm 2013
Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm:
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn Thạc sĩ)
1. ……………………………………………………………

2. ……………………………………………………………
3. ……………………………………………………………
4. ……………………………………………………………
5. ……………………………………………………………
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau khi Luận văn đã được
sửa chữa (nếu có).
Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV


TRƯỜNG ĐH KỸ THUẬT CƠNG NGHỆ TP. HCM
PHỊNG QLKH - ĐTSĐH

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

TP. HCM, ngày 29 tháng 12 năm 2012

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: NGUYỄN HỒI VŨ

Giới tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 20/12/1978

Nơi sinh: Đồng Nai

Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện

MSHV: 1181031094

I- TÊN ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU CÁC THƠNG SỐ ẢNH HƯỞNG LÊN ĐỘ CHÍNH XÁC CỦA
MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP CAO THẾ KIỂU DUNG
II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

- Xác định các khoản thông số điện dung ký sinh với vùng sai số cho
phép
- Điện dung ký sinh gì, phương pháp tính tốn như thế nào?
- Khảo sát, nghiên cứu sự ảnh hưởng của tải, điện dung ký sinh từ máy
biến áp lên sai số thiết bị đo
III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 21/06/2012
IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 20/03/2013
V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. HỒ VĂN NHẬT CHƯƠNG

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
(Họ tên và chữ ký)

Hồ Văn Nhật Chương

KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH
(Họ tên và chữ ký)


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
KỸ THUẬT CƠNG NGHỆ TP. HCM
TP. Hồ Chí Minh, ngày 03 tháng 06 năm 2013

BẢN CAM ĐOAN
Họ và tên học viên: Nguyễn Hoài Vũ
Ngày sinh: 20 – 12 – 1978

Nơi sinh: Đồng Nai

Trúng tuyển đầu vào năm: 2012
Là tác giả luận văn:
Nghiên cứu các thông số ảnh hưởng lên độ chính xác của máy biến điện áp cao
thế kiểu dung
Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã ngành: 60 52 02 02
Bảo vệ ngày: 10 Tháng 05 năm 2013
Điểm bảo vệ luận văn: 6,25
Tôi cam đoan chỉnh sửa nội dung luận văn thạc sĩ với đề tài trên theo góp ý của Hội
đồng
đánh giá luận văn Thạc sĩ. Các nội dung đã chỉnh sửa:
1/ Một số lỗi chính tả
2/ Trích dẫn tài liệu tham khảo
Người cam đoan
(Ký, ghi rõ họ tên)

Cán bộ Hướng dẫn
(Ký, ghi rõ họ tên)


i

LỜI CAM ĐOAN

Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết

quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai cơng bố trong bất kỳ
cơng trình nào khác.
Tơi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này đã
được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc.
Học viên thực hiện Luận văn

Nguyễn Hoài Vũ


ii

LỜI CÁM ƠN

Trong quá trình thực hiện luận văn, tuy gặp nhiều khó khăn, nhưng nhờ sự hướng
dẫn tận tình của TS. Hồ Văn Nhật Chương, tơi đã hồn thành luận văn đúng thời gian
quy định. Để hoàn thành cuốn luận văn này, tơi xin bày tỏa lịng biết ơn sâu sắc đối với
TS. Hồ Văn Nhật Chương, thầy là người tận tâm hết lịng vì học viên, hướng dẫn nhiệt
tình và cung cấp cho tơi những tài liệu vơ cùng quý giá trong thời gian thực hiện luận
văn.
Xin chân thành cám ơn tập thể thầy cô giáo trường đại học Kỹ Thuật Cơng Nghệ
TP. Hồ Chí Minh, đã giảng dạy và truyền đạt kiến thức cho tôi, giúp tôi học tập và
nghiện cứu trong quá trình học cao học tại trường.
Xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, Phòng quản lý khoa học - Đào tạo sau đại
học trường đại học Kỹ Thuật Cơng Nghệ TP. Hồ Chí Minh, đã giúp đỡ, tạo điều kiện
thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập và làm luận văn cao học tại trường.
Xin chân thành cảm ơn các anh, chị đồng nghiệp đã hỗ trợ, giúp đỡ cho tơi trong
q trình thực hiện luận văn.
Xin chân thành cảm ơn các anh, chị học viên cao học ngành “Kỹ thuật điện” đã
đóng góp ý kiến cho tơi trong q trình thực hiện luận văn này.
TP. Hồ Chí Minh, tháng 03 năm 2013

Người Thực hiện

Nguyễn Hoài Vũ


iii

TĨM TẮT LUẬN VĂN
- Với tình hình kinh tế - xã hội đang trên đà phát triển như hiện nay, ngành
điện sẽ ngày càng đóng một vai trị rất lớn. Nó ảnh hưởng quyết định tới sự tồn tại,
mở rộng các loại hình cơng nghiệp, kinh tế, dịch vụ... Do vậy, hệ thống điện Việt
Nam phải ngày càng phát triển để đảm nhận tốt cho vai trị của mình.
- Trong q trình vận hành hệ thống điện có thể xuất hiện những tình trạng
sự cố và chế độ làm việc khơng bình thường của thiết bị. Tình trạng sự cố xảy ra có
thể dẫn đến hư hỏng thiết bị điện, mất điện gây tổn thất cho nền kinh tế nói chung
và ngành điện nói riêng. Do đó, trên hệ thống cần có những thiết bị đo lường và bảo
vệ nhằm phát hiện nhanh các sự cố, cách ly sự cố, tránh mất điện. Những thiết bị đo
lường đó là biến dòng điện và biến điện áp. Các thiết bị này biến đổi điện áp và
dòng điện từ trị số lớn xuống trị số thích hợp để cung cấp cho các dụng cụ đo lường,
bảo vệ và tự động hóa. Biến điện áp thường có 2 loại là kiểu điện từ và điện dung.
- Máy biến áp đo lường kiểu điện dung được sử dụng khá phổ biến trong
mạng truyền tải của hệ thống điện nói chung và lưới điện Việt Nam nói riêng.
Nguyên lý cơ bản của CVT là sự chính xác của điện áp đầu ra theo điện áp đầu vào
trong mọi điều kiện hoạt động của thiết bị. Trong điều kiện ổn định, yêu cầu này có
thể đạt được dựa trên thiết kế và sự điều chỉnh của CVT. Tuy nhiên, độ chính xác
của CVT giảm dưới điều kiện quá độ do cảm ứng, tụ bù hay thành phần khơng
tuyến tính. Do đó, tác động q độ của CVT cần được biết đến.
- Hiện nay, do nhu cầu về năng lượng điện càng tăng, việc đầu tư cho hệ
thống điện u cầu nhiều kinh phí,dẫn tới tình trạng thiếu hụt điện năng và chất
lượng điện năng suy giảm. Điều này ảnh hưởng trực tiếp tới các thiết bị dùng điện,

đặc biệt ảnh hưởng tới các thiết bị điện tử nhạy cảm như: hệ thống thông tin, điều
khiển công nghiệp. Do đó, việc nghiên cứu để làm giảm sai số trong các thiết bị đo
lường cũng phần nào làm giảm sự cố trên hệ thống điện.


iv

- Ngày nay, trên thế giới có nhiều thiết bị đo lường cao áp, sử dụng kỹ thuật
cao. Do đó, độ chính xác của phép đo phải được nâng cao cho phù hợp. Với sự tiến
bộ vượt bậc của khoa học kỹ thuật và công nghệ ngày càng phát triển, các thiết bị
ghi nhận tín hiệu trực tiếp (như dao động ký, đồng hồ đo kỹ thuật số,...) có độ chính
xác càng cao. Chính vì vậy, việc nâng cao độ chính xác của thiết bị đo lường điện
áp cao thế là một công việc hết sức thiết yếu và thời sự trong lĩnh vực đo lường đặc biệt là đo lường trong vùng tần số công nghiệp.
- Luận án giải quyết một phần quan trọng trong hàng loạt vấn đề làm thế nào
để nâng cao độ chính xác của thiết bị đo lường điện áp cao thế, đó là nghiên cứu các
thơng số đặc trưng của thiết bị, từ đó xây dựng mơ hình thực tế của thiết bị.
- Luận án ứng dụng thành tựu của các nhà sản xuất thiết bị là bù điện cảm
phía sơ cấp để nâng cao độ chính xác của thiết bị đo điện áp. Từ đó, đưa ra những
phương pháp mới để tăng độ chính xác bằng cách bù phía thứ cấp hay bù cả 2 phía
sơ và thứ cấp. Trong đó, các thơng số đặc trưng cũng như cấu trúc của biến điện áp
để điều chỉnh, áp dụng trong từng vùng tần số để đạt được sai số mong muốn. Điều
này có ý nghĩa quan trọng cho các nhà chế tạo, bởi khi xác định những thơng số có
ảnh hưởng đến sai số thiết bị mà chế tạo để đạt độ chính xác yêu cầu.
- Luận văn thực hiện bao gồm 5 chương, có thể tóm tắt như sau:
Chương : Tổng quan về biến điện áp đo lường trong hệ thống điện
- Nêu ra chức năng, vai trò của biến điện áp đo lường trong hệ thống điện.
Phân loại các biến điện áp đo lường.
Chương 2: Nghiên cứu mơ hình biến áp đo lường CVT.
- Chương 2 của luận văn sẽ đi sâu vào tìm hiểu mơ hình của biến điện áp đo
lường CVT. Đưa một vài bộ phân áp có trên thực tế cùng ưu, khuyết điểm của nó. Ở

đây sẽ đặc biệt làm rõ mơ hình bộ phân áp được sử dụng nhiều cho thiết bị CVT là
bộ phân áp điện dung.
Chương 3: Xây dựng biểu thức toán học và khảo sát một vài loại CVT trong hệ
thống điện cao thế


v

- Từ sơ đồ mạch tương đương của CVT, thực hiện việc xây dụng các mơ
hình tốn học của sai số thiết bị qua các thơng số CVT, từ đó khảo sát các loại
CVT: 123kV, 220kV, 400kV, 500kV bằng phần mềm Matlab, kết luận phương
pháp tối ưu nhằm giảm sai số, nâng cao độ chính xác của chúng
Chương 4: Khảo sát sự thay đổi sai số của một mơ hình CVT theo phụ tải và
điện dụng ký sinh
- Khi thay đổi giá trị điện trở và dung kháng của phụ tải hay thay đổi điện
dung ký sinh sẽ nhận được những thay đổi về sai số biên độ và sai số pha. Chương
này sẽ làm rõ mối quan hệ đó và đưa ra những kết luận cần thiết.
Chương 5: Kết luận


vi

ABSTRACT
As the socio-economic situation is on the rise nowadays, EVN will play an
increasingly important role. It affects the existence, expansion of all types of
industry, economic, and services etc. Therefore, the Vietnamese power system must
develop to fulfill its role.

During the operation of the power system, the incident and the unusual working
mechanism of devices may occur. This can lead to damage the electrical

equipments, and power failure causes the loss in the economy in general and the
EVN in particular. Therefore, the power system requires the measurement and
protection devices to quickly detect the problem, isolate the problem, and prevent
the blackouts. The measuring equipment is current and voltage transformers. These
devices transform the voltage and current from large values to the appropriate
values to provide for measurement, automation and protection. Voltage
transformers generally include electromagnetic and capacity.
Capacitive measurement transformers are quite popular in the transmission grid
power system network in general and in Vietnam in particular. Basic principle of
current and voltage transformers is the accuracy of the output voltage as the input
voltage in all operating conditions of the equipment. In stable conditions, this
requirement can be achieved based on the design and adjustment of the current and
voltage transformers. However, the accuracy of the current and voltage transformers
reduced under transient conditions by induction, capacitor banks or non-linear
components. Therefore, the transitional impact of current and voltage transformers
should be known.

Nowadays, the increasing demand for electrical energy and the investment in the
power system requiring a lot of funds lead to power shortages and power quality
deterioration. This directly affects the electrical appliances, particularly affects
sensitive electronic equipment such as: information systems, industrial control.
Therefore, this research is to reduce the errors in the measurement device and also
somewhat reduces the power incident on the system.

Today, the world has many high-voltage measuring devices with high technology.
Therefore, the accuracy of the measurement is enhanced accordingly. With the
progress of science and technology growth, the direct recorded signal devices such
as oscilloscope, digital gauges, etc. has higher accuracy. Therefore, improving the

vii

accuracy of measuring voltage and high-voltage equipment is an essential task and
hot events in the field of measurement, especially in the area of industrial
frequency.

The thesis solved an important part in a series of problems about how to enhance
the accuracy of the measurement voltage and high-voltage equipment- the study of
the characteristic parameters of the device, from which the research build the
realistic model of the device.

Thesis applied the achievements of application equipment manufacturers is to
compensate the primary inductance to improve the accuracy of the voltage
measurement device. From this, the thesis comes up with new ways to increase
accuracy by secondary side offset or compensate for the primary and secondary
side. In particular, the characteristic parameters as well as the structure of a voltage
to the variable frequency applied in each region to achieve the desired error. This
has important implications for manufacturers, by determining the parameters that
affect the wrong number of devices designed to meet the accuracy requirements.

The thesis includes five chapters and is summarized as follows:
Chapter 1: Overview of measuring voltage transformers in the power system
- Reveal the functions and the role of the measuring voltage transformers in the
power system and classification of the measuring voltage transformer.

Chapter 2: Research the model of measuring transformer current and voltage
transformers.
-In chapter 2: the thesis will further research the models of variable voltage
measurement current and voltage transformers. Use some real pressure on parts at
its pros and cons. This will particularly clarify the model widely used for pressure

current equipment and voltage transformer called a capacitive differential pressure.
Chapter 3: Building mathematical expressions and examine a few types of current
and voltage transformers in the high voltage system
- Based on the equivalent circuit diagram of current and voltage
transformers, the thesis set up the mathematical model of the device error through
the current and voltage transformers and applied to survey the type current and


viii

voltage transformers: 123kV, 220kV, 400kV, 500kV by using Matlab software.
This helps to draw the optimal method to reduce errors and improve the accuracy.
Chapter 4: Investigation of changes in the error of a current and voltage
transformers model under load and parasitic capacitance
- When changing the resistor value and the size of the load resistance and
parasitic capacitance change will lead to the changes in the amplitude error and
phase error. This chapter will clarify this relationship and draw the necessary
conclusions.
Chapter 5: Conclusion


ix

MỤC LỤC

Tên đề mục

Trang

Lời cam đoan ............................................................................................................... i

Lời cảm ơn ...................................................................................................................ii
Tóm tắt luận văn ......................................................................................................... iii
Abstract ...................................................................................................................... vii
Mục lục ........................................................................................................................ ix
Chương 1: Tổng quan về biến áp đo lường trong hệ thống điện .......................1
1.1.

Chức năng và vai trò của biến điện áp đo lường ...........................................1

1.1.1. Chức năng ......................................................................................................1
1.1.2. Vai trò quan trọng của biến điện áp .............................................................1
1.1.3. Cấp chính xác của thiết bị đo lường hiện nay .............................................4
1.2.

Phân loại biến áp đo lường ..............................................................................5

1.2.1. Biến điện áp điện từ.......................................................................................5
1.2.2. Biến điện áp kiểu tụ phân áp CVT ...............................................................8
1.2.3. Biến điện áp kiểu mới ..................................................................................10
Chương 2: Nghiên cứu mơ hình biến áp đo lường CVT .................................. 13
2.1.

Mơ hình các phần tử của bộ bù phân áp bằng tụ (CVT) ........................ 13

2.1.1.

Cấu tạo ............................................................................................... 13

2.1.2.

Các mơ hình CVT .............................................................................. 15

2.2.

Các phương pháp nâng cao độ chính xác của thiết bị đo lường .............. 17


x

2.2.1.

Phương pháp ước lương các thông số ............................................... 11

2.2.2.

Phươngpháp bù động on-line............................................................. 12

Chương 3: Giải tích mơ hình biến áp đo lường ............................................ 19
3.1.

Biểu thức tốn học để tính sai số của thiết bị đo lường .......................... 19

3.2.

Phương pháp nâng cao độ chính xác........................................................ 23

3.2.1.

Thơng số mơ hình tham khảo ........................................................... 23

3.2.2.

Nguyên lý bù nâng cao độ chính xác của thiết bị ............................. 23

3.2.3.

Phương pháp làm giảm sai số của CVT ............................................ 23

3.3.

Khảo sát một vài loại CVT trong hệ thống điện cao thế ......................... 24

3.3.1.

Khảo sát CVT 123kV trong hệ thống điện cao thế ........................... 24

3.3.2.

Khảo sát CVT 220kV trong hệ thống điện cao thế ........................... 33

3.3.3.

Khảo sát CVT 400kV trong hệ thống điện cao thế ........................... 40

3.3.4.

Khảo sát CVT 500kV trong hệ thống điện cao thế ........................... 48

3.4.

Khảo sát các giá trị bù và so sánh trên cùng một đồ thị .......................... 58

3.4.1.

Khảo sát các giá trị và so sánh trên cùng một đồ thị CVT 123kV ... 58

3.4.2.

Khảo sát các giá trị và so sánh trên cùng một đồ thị CVT 220kV ... 64

3.4.3.

Khảo sát các giá trị và so sánh trên cùng một đồ thị CVT 400kV ... 69

3.4.4.

Khảo sát các giá trị và so sánh trên cùng một đồ thị CVT 500kV ... 74

Chương 4: Khảo sát CVT khi thay đổi giá trị tải và điện dung ký sinh .... 80
4.1.

Khảo sát CVT 123kV ............................................................................... 80

4.1.1. Khảo sát CVT 123kV khi thay đổi giá trị tải ...................................... 80
4.1.2. Khảo sát CVT 123kV khi thay đổi điện dung ký sinh đầu vào CVT . 84


xi

4.2.

Khảo sát CVT 220kV ............................................................................... 87

4.2.1. Khảo sát CVT 220kV khi thay đổi giá trị tải ...................................... 87
4.2.2. Khảo sát CVT 220kV khi thay đổi điện dung ký sinh đầu vào CVT . 91
Chương 7: Kết luận ........................................................................................... 94
Tài liệu tham khảo
Phụ lục


1

Chương I:
TỔNG QUAN VỀ BIẾN ĐIỆN ÁP ĐO LƯỜNG
TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

1.1. CHỨC NĂNG VÀ VAI TRÒ CỦA BIẾN ĐIỆN ÁP ĐO LƯỜNG
1.1.1. Chức năng
- Biến điện áp (BU) dùng để biến đổi điện áp từ trị số lớn xuống trị số thích hợp
(110 kV hay 110/

kV ) dùng để cung cấp cho các dụng cụ đo lường, relay và tự

động hóa. Như vậy, các dụng cụ thứ cấp được tách ra khỏi mạch điện cao áp nên rất
an toàn cho người. Cũng vì vấn đề an tồn, một trong những đầu ra của cuộn thứ
cấp phải được nối đất. Các dụng cụ phía thứ cấp của BU có điện trở rất lớn, nên có
thể xem BU làm việc ở chế độ khơng tải.
1.1.2. Vai trị quan trọng của biến điện áp
- Biến điện áp có vai trị quan trọng trong việc vận hành chính xác và tin cậy
của hệ thống điện cao thế. Nó biến đổi từ điện áp cao xuống điện áp hạ thế khoảng

(110 kV hay 110/

kV) để cung cấp cho đo lường, bảo vệ relay và thơng tin PLC.

Do đó để hệ thống điện ngày càng ổn định và có độ tin cậy cao thì độ chính xác của
thiết bị đo ngày càng phải được cải tiến. Trước hết, ta hãy xét những ảnh hưởng
quan trọng của thiết bị đo lường điện áp vào hoạt động của hệ thống điện.
1.1.2.1. Ảnh hưởng của biến điện áp đo lường tác động lên relay kỹ thuật số
- Như ta đã biết biến dòng và biến điện áp là những thiết bị đo lường tín hiệu
cung cấp cho bảo vệ relay. Hiệu suất và độ chính xác của bảo vệ relay liên quan
trực tiếp đến trạng thái ổn định và hiệu suất quá trình quá độ của thiết bị đo lường.
Relay bảo vệ được thiết kế hoạt động trong vùng thời gian ngắn hơn thời gian quá


2

độ của nhiễu loạn trong suốt trạng thái sự cố của hệ thống. Sai số quá độ của thiết bị
đo lường lớn có thể trì hỗn hoặc ngăn hoạt động của relay. Do đó, có thể nói sai số
của thiết bị đo lường nói chung và biến điện áp nói riêng có ảnh hưởng lớn đến hoạt
động của relay kỹ thuật số.
1.1.2.2. Ảnh hưởng của biến điện áp đo lường tác động lên relay khoảng cách
(Relay 21)
- Sai số trong đo lường góc pha có thể gây nên hiện tượng dưới tầm hoặc quá
tầm không mong muốn trong bảo vệ khoảng cách. Độ chính xác và tốc độ đáp ứng
của Relay 21 cũng phụ thuộc vào đo lường độ lớn và góc của pha.
- Quá độ của CVT làm giảm thành phần cơ bản của điện áp sự cố và làm cho
relay khoảng cách tính tốn nhỏ hơn trị số tổng trở biểu kiến thật sự đến điểm sự cố.
Hình 1.1 cho thấy thành phần tần số cơ bản của điện áp CVT phía sơ cấp khi so
sánh với tỉ số điện áp lý tưởng. Hình 1.2 cho biết tổng trở biểu kiến được tính tốn
đến điểm cuối của đường dây bị sự cố từ tỉ số điện áp lý tưởng và điện áp phía sơ

cấp của CVT.


3

CVT thoáng qua

Điện áp tỉ lệ

Khoảng quá độ của CVT ở điện áp cơ bản
CVT thống qua

Ngõ vào CVT

Thời gian

Hình 1.1 Tần số cơ bản bản của điện áp CVT phía sơ cấp khi so sánh với tỉ số
điện áp lý tưởng
Trở kháng từ điện
áp tỉ lệ

Trở kháng từ ngõ ra CVT
Rơle bảo vệ khu vực


4

Hình 1.2 tổng trở biểu kiến điểm cuối của đường dây bị sự cố từ tỉ số điện áp
lý tưởng và điện áp phía sơ cấp của CVT.
- Do đó, đo lường chính xác điện áp và góc pha trong quá trình quá độ cũng là

một nhiệm vụ quan trọng không thể thiếu của thiết bị đo lường điện áp. Việc nâng
cao độ chính xác của thiết bị là một nhiệm vụ quan trọng, có liên quan đến việc vận
hành an tồn hệ thống điện.
1.1.3. Cấp chính xác của thiết bị đo lường hiện nay
- Căn cứ vào sai số của BU mà người ta đặt tên cho cấp chính xác của nó.
- Cấp chính xác của BU là sai số điện áp lớn nhất khi nó làm việc trong điều
kiện: tần số 50Hz, điện áp sơ cấp biến thiên trong khoảng U1 = (0.9÷1.1)U1đm, cịn
phụ tải thứ cấp thay đổi trong giới hạn từ 0.25 đến định mức và cosφ = 0,8. Biến
điện áp được chế tạo với các cấp chính xác 0.2; 0.5; 1.0 và 3.0.
- Trên lưới điện Việt Nam hiện nay, các loại biến điện áp đang sử dụng hầu
hết là biến điện áp kiểu tụ, chúng ta chọn lựa theo tiêu chuẩn IEC 186,IEC 358, với
các cấp chính xác như sau:
 Cho đo lường: 0.5
 Cho bảo vệ :

3P

- Thiết bị CVT do các hãng nổi tiếng trên thế giới chế tạo hiện nay như:
ABB, Trench, Ritz có cấp chính xác theo tiêu chuẩn sau:
Cấp chính xác
IEC

Cơng suất tối đa (VA)

IEEE

0.1

50Hz - IEC

60Hz - IEEE

100

0.2

0.3

300

400

0.5

0.6

600

800

1

1.2

1200

1200


5

1.2. PHÂN LOẠI BIẾN ĐIỆN ÁP ĐO LƯỜNG
- Biến điện áp được phân chia thành 2 loại: dầu và khô. Mỗi loại lại có thể
phân theo số lượng pha: biến điện áp 1 pha và 3 pha.
- Biến điện áp khô chỉ dùng cho thiết bị phân phối trong nhà. Biến điện áp khô
một pha dùng ở cấp điện áp 6kV trở lại, cịn biến điện áp khơ ba pha dùng cho điện
áp đến 500V.
- Biến điện áp dầu được chế tạo với điện áp 3kV trở lên và dùng cho thiết bị
phân phối cả trong nhà lẫn ngoài trời.
- Đối với điện áp 110kV trở lên, để giảm bớt kích thước và làm nhẹ cách điện,
người ta dùng biến điện áp kiểu dung (CVT - Capacitor Voltage Transformer).
Trong biến điện áp này, người ta dùng bộ phân chia điện áp bằng tụ để lấy điện áp
trung gian rồi mới đưa vào biến điện áp. Điện áp lấy trên tụ C2 bằng khoảng 1030kV, sau đó nhờ biến điện áp 1 pha hạ xuống điện áp thích hợp cho đo lường,
relay và tự động hóa.
- Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, máy biến điện áp đã
được cải tiến rất nhiều về kiểu loại, kết cấu, vật liệu chế tạo cũng như tính năng làm
việc.
- Trong hệ thống điện hiện nay có thể có 3 loại máy biến điện áp:
Loại cảm ứng điện từ
Loại tụ điện phân áp
Các máy biến điện áp kiểu mới
1.2.1. Biến điện áp điện từ.
- BU điện từ hay là VT (Voltage Transformer) là một máy biến áp điện từ sử
dụng cho mục đích đo lường hay bảo vệ trên đường dây cao thế, chủ yếu là cấp điện
áp 22KV trở xuống.


6

Tải

Nguồn điện cao thế

Cầu chì

Cầu chì
Độ

Nối đất an tồn

chính

xác

bước xuống tỉ lệ
Khoảng đo điện áp

Hình 1.3 Sơ đồ làm việc của BU điện từ
- Để đo trực tiếp điện áp cao là rất nguy hiểm, nên việc sử dụng BU với một tỷ
số chính xác đưa điện áp về mức an toàn và cách ly với các thiết bị trên lưới sẽ nâng
cao thêm sự an toàn trong việc đo lường hệ thống.
1.2.1.1. Máy biến điện áp điện từ kiểu khô.
- Máy biến điện áp khô được chế tạo với điện áp định mức 24kv. Vật liệu cách
điện là epoxy.
- Mạch từ của máy biến điện áp được ghép từ các lá tôn kỹ thuật điện. Đối
với mạch từ kiểu HOC-05 thì dùng các tấm tơn dập hình chữ E, cịn các kiểu máy
biến điện áp khác thì dùng các tấm tơn hình chữ nhật. Dây quấn được quấn nhiều
lớp trên những ống khung cách điện và được sơn tẩm bằng sơn dùng cho điện áp
pha. Các máy biến điện áp được nối với lưới bằng các đầu cực phân bố trên các sứ
và ba nêm cách điện.

1.2.1.2. Máy biến điện áp dầu.
- Thường được chế tạo với điện áp 35kV trở lên.
- Sở dĩ đối với mạng điện có điện áp cao U > 35kV thường sử dụng kiểu dầu
vì: Dầu vừa cách điện tốt, vừa làm mát tốt, hơn nữa dễ bảo quản khi xảy ra sự cố về
chạm chập dây. Tuy nhiên loại máy biến điện áp kiểu dầu có kết cấu hơi phức tạp vì
chúng thường có bình giãn dầu và trong q trình làm việc cũng dễ gây ra cháy nổ.
Nhưng loại này phù hợp với cấp điện áp cao, vì thế cho nên đối với U > 35kv thì để


7

đảm bảo yêu cầu về mặt cách điện cũng như trong quá trình làm việc, người ta
thường chế tạo loại máy biến điện áp kiểu ngâm dầu.
- Mạch từ được ghép từ các lá tôn kỹ thuật điện dây quấn nhiều lớp được quấn
trên một ống cách điện: dây quấn cao áp có màn chắn tĩnh điện, các dây quấn cao
áp bao gồm một hoặc hai cuộn si để bảo vệ quá điện áp. Thùng máy biến điện áp
được hàn bằng tơn, thép phi từ tính bởi vì dùng trực tiếp với các thiết bị và được đặt
gần các thanh cái dẫn điện của các máy phát lớn. Các đầu ra của dây quấn của phần
lớn các máy biến điện áp được nối với đầu ra trên sứ đặt trên nắp máy.
1.2.1.3. Máy biến điện áp nối tầng
- Với điện áp lớn hơn 35kv để giảm kích thước cách điện, người ta dùng kiểu
biến áp nối tầng, mỗi tầng chịu một điện áp nhất định. Với điện áp 110kv, thường
dùng kiểu hai tầng, mỗi tầng chịu một nửa điện áp như hình 1.5. Mỗi tầng kiểu này
có mạch từ riêng (I) và (II), có cuộn dây cao áp riêng, mỗi cuộn chịu một nửa điện
áp pha, cuộn dây cao áp (BH) của mạch từ MII có đầu vào nối với điện áp pha,
phía cuối nối với mạch từ và cách điện với MI. Đầu cao áp của cuộn dây ở mạch từ
MI nối với phía cuối của mạch từ MII và có điện áp bằng 1/2 điện áp pha. Phía
cuối của cuộn dây cao áp BH ở mạch từ MI được nối đất cùng với MI. Phía hạ áp
HH có hai cuộn dây a-x và aγ-xγ, một cuộn dùng cho đo lường, một cuộn dùng cho
bảo vệ. Hai cuộn bù (CB1 ) và (CB2) dùng để phân bố điện áp đều trên hai cuộn cao

áp khi mạch thứ cấp có tải.

Hình 1.4 Sơ đồ máy biến điện áp
kiểu nối tầng

Hình 1.5 Sơ đồ máy biến điện áp
kiểu nối tầng hiện đại


8

- Sơ đồ trên hình 1.5 hiện đại hơn và có nhiều ưu điểm so với sơ đồ ở hình
1.4, loại này có một mạch từ, cách ly với đất các cuộn dây được cuốn trên hai trụ
của mạch từ .
1.2.2. Biến điện áp kiểu tụ phân áp CVT (Capacitor voltage transformer)
- Cũng như BU điện từ, tuy nhiên nó làm việc ở cấp điện áp cao hơn, với việc
sử dụng 2 tụ phân áp để đưa điện áp đầu vào biến áp đã thấp hơn nhiều so với điện
áp lưới.

Đầu nối điện áp cao
MBA

Đầu nối thứ cấp
Đầu nối đất an tồn

Hình 1.6 Biến điện áp kiểu tụ phân áp
- Đối với hệ thống điện áp cao đến 765kV, cũng có thể sử dụng máy biến điện
áp làm việc theo nguyên lý phân áp điện dung.
- Máy biến điện áp điện dung có thể được nối với các dụng cụ đo lường thơng
thường và rơle bảo vệ. Chúng cũng có thể được phép dùng trong mục đích đo đếm

tiền điện.
- Kích thước của máy biến điện áp kiểu điện từ tỷ lệ với điện áp sơ cấp của
nó. Khi điện áp tăng, giá thành loại BU kiểu điện từ tăng nhanh vì cách điện cao.
Máy biến điện áp kiểu tụ phân áp cho điện áp cao có tính kinh tế hơn.
- Phân áp kiểu tụ cũng giống như phân áp kiểu điện từ, điện áp lấy ra ở một vị
trí phân áp nào đó phụ thuộc vào vị trí phân áp và tổng trở của phụ tải.
- Trong bộ phân áp kiểu tụ, tổng trở của nguồn mang tính dung kháng hình
đấu nối tiếp vào mạch phân áp. Nếu tụ điện và cuộn điện kháng không chứa thành
phần điện trở tác dụng thì về ngun lý có thể bù hồn tồn tổng trở nguồn và lấy ra
cơng suất tùy ý ở phía thứ cấp (hình 1.7)


9

- Trên thực tế các cuộn kháng đều chứa thành phần điện trở tác dụng nên công
suất đầu ra của bộ phân áp bị hạn chế (hình 1.8). Nếu muốn lấy trực tiếp điện áp
thứ cấp bằng điện áp thứ cấp danh định của BU, chẳng hạn bằng 100v, thì để đạt
công suất phụ tải danh định, trị số của tụ phân áp phải rất lớn. Để giảm dung lượng
của tụ phân áp và đảm bảo công suất đầu ra của BU, người ta sử dụng sơ đồ có máy
biến áp điện từ trung gian.

Hình 1.7 Ngun lý bù hồn
tồn tổng trở nguồn lấy ra
cơng suất tùy ý

Hình 1.8 Ngun lý bù hồn
tồn tổng trở nguồn lấy ra cơng
suất bị hạn chế

Hình 1.9 Sơ đồ máy biến áp điện từ trung gian để đảm bảo công suất đầu

ra BU


10

- Bộ phân áp gồm hai tụ C1 và C2 có thiết bị tải ba (TB) kết hợp truyền tin
trong lưới điện. Để cung cấp đủ công suất cho đầu ra, người ta dùng một biến áp có
cuộn sơ cấp A1x, nối tiếp qua cuộn kháng (P) cộng hưởng với trị số tụ điện (C1+ C2)
và cuộn lọc cao tần đấu song song với tụ điện C2 với điện áp khoảng 4kV đến 12kV.
Đầu ra có hai cuộn dây: cuộn (a-x) dùng cho mạch đo lường và bảo vệ, còn cuộn
(a’-x’) dùng để cản dịu chống cộng hưởng sắt từ và ảnh hưởng của q trình q
độ.
- Nhược điểm chính của loại máy biến điện áp phân áp bằng tụ điện là có khả
năng sinh ra quá điện áp cao khi có hiện tượng cộng hưởng sắt từ. Vì cuộn kháng
phi tuyến kết hợp với tụ điện nên có khả năng xảy ra cộng hưởng khơng những với
sóng cơ bản mà cịn với cả các sóng hài, vì vậy sẽ gây ra nguy hiểm với cách điện.
1.2.3. Máy biến điện áp kiểu mới
1.2.3.1. BU phân áp kiểu tụ điện có khuếch đại
- Loại BU kiểu này tránh được hiện tượng cộng hưởng sắt từ vì khơng sử
dụng máy biến áp điện từ sau khi phân áp mà dùng bộ khuếch đại. Sơ đồ nguyên lý
của loại này được cho ở hình 1.10 điện áp sơ cấp Us được bộ tụ phân áp giảm xuống
trị số Us/Ku ,với Ku -là tỷ số phân áp và đặt vào đầu vào của bộ tiền khuếch đại 1

Hình 1.10 Sơ đồ BU phân áp kiểu điện từ có khuếch đại
- Điện áp đầu ra của bộ tiền khuếch đại 1 sẽ được dẫn theo cáp đồng trục 2 đến
bộ khuếch đại công suất 3, với nguồn nuôi 4. Đầu ra của bộ khuếch đại 3 được nối