chuong6_-_cac_khi_cu_dien.doc

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (342.81 KB, 23 trang )

(1)<div class='page_container' data-page=1>

CHƯƠNG 6 :

CÁC KHÍ CỤ ĐIỆN

6.1. KHÁI NIỆM

Để vận hành được trong nhà máy điện, trạm biến áp, ngồi các thiết bị
chính như máy phát, máy biến áp cịn cần phải có các khí cụ điện và các phần
dẫn điện .

Theo vị trí đặt chia thành :

- Các khí cụ trong nhà dùng cho các NMĐ và TBA đặt trong nhà .
- Các khí cụ ngồi trời dùng cho các NMĐ và TBA đặt ngoài trời .
 Theo nhiệm vụ và công dụng chia thành các loại sau :

- Các khí cụ dùng để đóng cắt mạch điện .

- Các dụng cụ phục vụ cho các thiết bị đo lường điều khiển …
- Các thiết bị để hạn chế dòng ngắn mạch .

Mỗi khí cụ có một số thơng số kỹ thuật đặc trưng , trong đó có những một
số thông số chung và điều kiện chọn giống nhau :

1. Điện áp định mức:

m.kcđ  UHT

Trong đó : Uđm.kcđ -điện áp định mức của khí cụ điện.

UHT - điện áp định mức nơi đặt khí cụ điện.

Riêng về máy biến điện áp bắt buộc: Uñm.kcñ = UHT

Chọn Uđm.kcđ >UHT nói chung khơng cần thiết vì như vậy sẽ tăng vốn đầu tư,

trừ trường hợp không có thiết bị cùng cấp điện áp.
 2. Dịng điện định mức :

Iđm.kcđ Icb.max

Trong đó: Iđm.kcđ -dịng định mức của khí cụ điện

Icb.max - dịng cưỡng bức đi qua khí cụ điện.

Máy biến áp và máy biến dòng điện có cho phép quá tải cho nên điều kiện
trên sẽ là:

Iđm.BI.kqt Icb.max

Trong đó kqt: hệ số quá tải cho phép

</div>
(2)<div class='page_container' data-page=2>

nh.tnh BN hoặc BN.đm BN

Trong đó: BN -xung nhiệt tính tốn

Inh, tnh, BN.đm - khả năng chịu nhiệt của khí cụ điện.

4. Khả năng ổn định lực động điện:

Ilđđ.đm.kcđ Ixk hoặc ilđđ.đm.kcđ ixk

Trong đó: Ilđđ.đm.kcđ, ilđđ.đm.kcđ - khả năng chịu đựng về lực động điện theo

trị số hiệu dụng và trị số biên độ.

Ngồi ra mỗi khí cụ có thể có một số thơng số riêng sẽ trình bày khi nghiên
cứu khí cụ đó .

6-2. – CÁC KHÍ CỤ ĐĨNG CẮT MẠCH ĐIỆN .
 1- Máy cắt điện cao áp .

- Nhiệm vụ và công dụng : Máy cắt điện là khí cụ điện dùng để đóng cắt
một phần tử của hệ thống điện như máy phát, máy biến áp, đường dây
v..v..trong lúc làm việc bình thường cũng như khi có sự cố (ngắn mạch).

- Yêu cầu đối với máy cắt điện :

. Cắt nhanh , đảm bảo khi đóng cắt khơng gây nổ và cháy .
. Có thể điều khiển tại chổ , đứng cách và từ xa .

. Có khả năng đóng cắt nhiều lần với dịng điện bình thường và với một số
lần nhất định với dòng ngắn mạch ( do nhà chế tạo qui định ) .

. Có khả năng đóng cắt lặp lại với chu kì theo yêu cầu , ví dụ
ĐC-Dt1-ĐC lặp lại 1 lần sau thời gian Dt1

ĐC-Dt1-ĐC-Dt2-ĐC lặp lại 2 lần sau thời gian Dt1 và Dt2

ĐC-Dt1-ĐC-Dt2-ĐC Dt3-ĐC lặp lại 3 lần sau thời gian Dt1,Dt2 ,và Dt3

Trong đó ; Đ : đóng ; C : cắt ; Dti : thời gian dừng giữa cắt và đóng lại

. Kích thước gọn nhẹ .
. Giá thành hạ .

Ngồi các thơng số chung đã nêu trên trong thông số kỷ thuật của máy cắt
cịn có dịng điện cắt định mức Icắt.đm là dịng lớn nhất mà máy cắt có thể cắt

mạch điện .

Đối với máy cắt q trình cắt , phương pháp , thời gian và khả năng dập tắt hồ
quang khi cắt dòng ngắn mạch rất quan trọng .

Căn cứ vào phương pháp dập tắt hồ quang phân loại máy cắt điện :

</div>
(3)<div class='page_container' data-page=3>

Trong đó dầu làm nhiệm vụ dập tắt hồ quang và đồng thời làm nhiệm vụ
cách điện giữa các pha với nhau và giữa các pha với võ . Loại này đơn giản
trong chế tạo , sử dụng , sữa chữa , giá thành thấp nhưng kích thước lớn , có
khả năng gây nổ , cháy, khả năng cắt hạn chế , số lần đóng cắt dịng ngắn
mạch ít , đưa đến thời gian ngừng cung cấp lớn , nhất là khi điện áp càng cao
cho nên hiện nay hầu như ít được sử dụng . Ở nước ta chỉ tồn tại ở các trạm
biến áp xây dựng từ trước năm 1970 , với các trạm biến áp đang và sẽ thiết
kế không chọn loại này . Các máy cắt nhiều dầu cũng sẽ được thay và loại
bỏ dần khi phát triển vì khơng thích hợp và khơng đủ khả năng cắt dịng IN .

b) Máy cắt điện ít dầu .

Trong đó chỉ có ít dầu , dầu chỉ đủ để làm nhiệm vụ dập tắt hồ quang cịn
cách điện sử dụng chất rắn . Loại này có kích thước gọn hơn , nhưng cũng

tồn tại khuyết điểm như máy cắt nhiều dầu cho nên hiện nay cũng chỉ sử
dụng với điện áp từ 15 kV trở lại .

c) Máy cắt không khí .

Trong đó dầu được thay bằng khơng khí nén để dập tắt hồ quang . Loại này
kích thước nhỏ , khả năng dập tắt hồ quang tương đối tốt , an toàn về nổ ,
cháy , giá thành không cao lắm , tuy nhiên nó cịn nhược điểm là cần có
khơng khí nén với áp suất cao , ví dụ với điện áp 220 kV cần áp suất khí nén
đến 30-40 kg/cm2 , do đó cần hệ thống nén khí . Hệ thống nén khí phức tạp

đắt tiền , vì để đảm bảo làm việc an tồn ít nhất phải có hai máy nén khí ,
bình chứa khí nén dự phịng v..v.. cho nên trước đây cũng chỉ sử dụng ở các
trạm biến áp có nhiều máy cắt .

Hiện nay loại này đang tồn tại nhiều nhưng xu hướng chung khơng cịn
thích hợp .

d) Máy cắt khí .

Trong đó khơng khí được thay bằng khí êlêga ( SF6 ). Khí SF6 có khuyết

điểm hơn khơng khí là nó khơng có trong thiên nhiên nhưng khả năng dập tắt
hồ quang tốt hơn khơng khí nén , ví dụ với cơng suất cắt như nhau với khí SF6

chỉ cần áp suất 4-6 kg/cm2 và với khối lượng nhỏ hơn . Tuy nhiên khí SF

6 cũng

có khuyết điểm so với khơng khí nén là khí thải sau khi cắt dịng điện là khí

độc với người , có khả năng cháy và nổ . Do đó trong cơng nghệ chế tạo u
cầu khơng được thải ra ngồi trời .

Để khắc phục máy cắt khí SF6 hiện nay được chế tạo có thiết bị thu hồi xử lí

và sử dụng lại khí thải sau khi làm nhiệm vụ dập tắt hồ quang . Khí SF6 khơng

</div>
(4)<div class='page_container' data-page=4>

thuận lợi khi sử dụng ngay cả khi chỉ cần một máy cắt cũng có thể dùng máy
cắt khí .

Máy cắt khí SF6 cịn có ưu điểm là số lần đóng cắt dịng ngắn mạch rất

lớn khơng phải ngừng cung cấp điện để sữa chữa , độ tin cậy cao do đó xu thế
hiện nay hầu như chỉ sử dụng loại này đối với điện áp từ 22 kV trở lên .

e) Máy cắt tự sinh khí .

Trong loại máy cắt này buồng dập tắt hồ quang làm bằng vật liệu rắn tự sinh
khí dưới tác dụng nhiệt độ cao để dâp tắt hồ quang khi cắt mạch điện , cách
điện cũng dùng vật liệu rắn . Hiện nay loại này chỉ chế tạo với Uđm đến 15 kV .

g) Máy cắt điện chân không.

Các đầu tiếp xúc để đóng cắt của loại này đặt trong buồng chân không ( áp
suất 10-5 – 10-6 mmHg ). Độ bền về điện của chân không cao hơn nhiều so với

khơng khí áp suất bình thường do đó khi cắt mạch hồ quang được dập tắt rất
nhanh .Ưu điểm nổi bậc của loại này là kích thước nhỏ nhưng chế tạo phức tạp
yêu cầu kỹ thuật cao , giá thành cao cho nên hiện nay còn trong thời gian thử
nghiệm và chế tạo với Uđm đến 22 kV.

h) Máy cắt phụ tải .

Máy cắt phụ tải cũng là máy cắt điện nhưng chỉ có khả năng đóng cắt dịng
điện bình thường , khơng có nhiệm vụ đóng cắt dịng ngắn mạch do đó buồng
dập tắt hồ quang đơn giản hơn , kích thước nhỏ hơn, giá thành cũng bé hơn so
với máy cắt điện . Hiện nay chỉ chế tạo đến điện áp 24 kV chủ yếu để sử dụng
cho các trạm biến áp của các xí nghiệp và trong lưới điện trung thế .

Các điều kiện chọn máy cắt

Thông số của máy cắt Điều kiện Thông số mạng điện
Uñm

Iđm
Icắt, đm
( Inh.ñm )2.tnh

Ilññ.ñm

UHT

Icb.max

I”

Ixk

Chú ý : riêng máy cắt phụ tải không có điều kiện thư 3 vì nó không có
nhiệm vụ cắt dòng ngắn mạch .

</div>
(5)<div class='page_container' data-page=5>

Dao cách ly là khí cụ điện có nhiệm vụ tạo một khoảng cách trông thấy
được để đảm bảo an toàn khi sửa chữa máy phát điện, máy biến áp, máy cắt
điện, đường dây v..v.. Trong khả năng dao cách ly cũng có thể đóng cắt mạch
điện trong một số trường hợp có giới hạn, nhưng nói chung là đóng cắt khi
khơng có dịng hoặc dịng nhỏ, điện áp không cao lắm, sau khi máy cắt đã cắt
mạch điện (thường là đóng cắt bằng tay qua bộ phận truyền động), trong các
trường hợp sau đây :

- Cắt dòng khơng tải của đường dây trên khơng có giới hạn :
Với điện áp đến 20 kV chiều dài đường dây dài đến 35 km.
Với điện áp đến 35 kV chiều dài đường dây dài đến 69 km.
Với điện áp đến 110 kV chiều dài đường dây dài đến 28 km .
- Cắt dịng khơng tải của đường dây cáp đến 10 kV dài đến 10 km .
- Đóng cắt dịng khơng tải của máy biến áp điện lực có giới hạn :
Với điện áp đến 10 kV công suất định mức đến 750 kVA .
Với điện áp đến 20 kV công suất định mức đến 10 MVA .
Với điện áp đến 35 kV công suất định mức đến 20 MVA .
Với điện áp đến 110 kV công suất định mức đến 40,5 MVA .

- Đóng caĩt dòng phú tại đên 10 A , đin áp đeẫn 10 kV .

- Đóng cắt dịng cân bằng của đường dây đến 70 A điện áp đến 10 kV
- Đóng cắt dịng chạm đất một pha có giới hạn :

Với điện áp 20-35 kV dòng điện đến 5 A .
Với điện áp 10 kV dịng điện đến 30 A .
- Đóng cắt các máy biến điện áp .

Dao cách ly có cấu tạo đơn giản khơng có buồng dập hồ quang , chủ yếu
truyền động bằng tay và được phân loại như sau :

- Theo vị trí bố trí có :dao cách ly đặt trong nhà ,dao cách ly đặt ngoài trời .
- Theo số lượng dao nối đất kèm theo : khơng có , có một hoặc hai dao nối đất
- Theo chiều quay của lưỡi dao khi cắt : trong mặt phẳng ngang , trong mặt
phẳng đứng .

- Theo cấu trúc : kiểu một sứ ( kiểu treo ) , kiểu thông thường .
 Cùng loại với dao cách ly cịn có :

Dao cách ly tự động .

Dao cách ly tự động có cấu tạo giống dao cách ly thơng thường loại khi cắt
quay trong mặt phẳng ngang nhưng được lắp bộ truyền động có thể điều khiển
đóng cắt tự động dùng để lắp trong các trường hợp có yêu cầu .

Dao ngắn mạch .

</div>
(6)<div class='page_container' data-page=6>

Các điều kiện chọn dao cách ly

Thông số của dao cách ly Điều kiện Thông số mạng điện
m

Iñm
( Inh.ñm )2.tnh

Ilññ.ñm

UHT

Icb.max

Ixk

6-4. CẦU CHÌ CAO THẾ .

Cầu chì dùng để bảo vệ mạch điện khi quá dịng . Bộ phận chính của nó là
dây chảy và giá đở , cũng có loại có buồng dập hồ quang . Cầu chì khác máy
cắt điện ở chỗ máy cắt có thể điều khiển được trị số dịng cắt , thời gian cắt do
chỉnh định của bảo vệ rơle , cịn cầu chì sẽ tự động cắt theo đường đặc tính cắt
của dây chảy . Trên hình 6-1 vẽ đặc tính chảy của cầu chì .

Từ đường đặc tính này thấy rằng :

- Thời gian cắt của cầu chì phụ thuộc vào dòng điện , dòng điện càng lớn thời
gian cắt càng bé , ví dụ : I1 > I2 thì t1 < t2

- Khi I < Imin t =  nghĩa là cầu chì khơng bao giờ cắt

- Thời gian cắt của cầu chì bé nhất bằng tmin dù dòng điện lớn bằng vơ cùng .

Cầu chì có nhiều loại phụ thuộc vào cấu tạo và công dụng . Hiện nay chỉ chế
tạo đến 35 kV , chủ yếu sử dụng trong

mạng điện hình tia có dịng làm việc
khơng lớn lắm và cho các máy biến

điện áp ( BU ) .

Cầu chì đơn giản và rẻ tiền hơn máy

cắt nhưng khơng thuận tiện, đảm bảo t2

như máy cắt nên chỉ dùng trong mạch
điện đơn giản, không quan trọng lắm. t1

Cầu chì tự rơi thực chất là cầu chì tmin

nhưng có cấu tạo đặc biệt, khi cắt sẽ

cắt ln dao cách ly (trên phần động Imin I2 I1 I

của dao cách ly gắn cầu chì).

</div>
(7)<div class='page_container' data-page=7>

Với điện áp dưới 1000 V thường khơng cần sử dụng máy cắt vì giá thành cao

mà thay bằng các khí cụ cắt điện sau đây :
1-p–tô-mát .

p-tođ-mát là khí cú đin có theơ đóng caĩt mách đin lúc bình thường cũng như
khi sự cô : quá tại , ngaĩn mách , sút áp , cođng suât cháy ngược … ứng dúng trong
máng đin xoay chieău có đin áp đên 600V và mt chieău đeẫn 3300V ,dòng
định mức đên 6000A , những áp-tođ-mát thê h mới có theơ caĩt dòng ngaĩn mách
đên 200-300 kA .

Căn cứ vào chức năng bảo vệ áp-tô-mát chia thành các loại sau :
. p-tơ-mát dịng cực đại .

. Aùp-tô-mát dòng cực tiểu
.Aùp-tô-mát điện áp thấp
. Aùp-tô-mát công suất ngược .

hoặc trong một áp-tơ-mát có 2,3 chức năng . Nguyên lý làm việc của
các loại này trình bày trên hình 6-2 .

2- Công tắc tơ .

Cơng tắc tơ là khí cụ điện dùng để điều khiển đóng , cắt mạch từ xa điện áp
bé hơn 1000 V , cuộn đóng thường sử dụng điện áp mạch điện chính điều khiển
do đó khi mất điện mạch chính cơng tắc tơ sẽ tự động cắt .

Sơ đồ nguyên lý làm việc vẽ trên hình 6-3 .

a) b)

c) d)
 Hính 6-2. Nguyên lý làm việc của áp-tô-mát.
 a) Aùp-tô-mát dịng cực đại; b) p-tơ-mát dịng cực tiểu.
 c) Aùp-tô-mát công suất ngược . d) Aùp-tô-mát điện áp thấp;

</div>
(8)<div class='page_container' data-page=8>

A K1 K2 K3 K0

a RN K RN1 RN2

b 3
B

Hình 6-3.Sơ đồ ngun lý cơngtắctơ Hình 6-4.Sơ đồ nguyên lý khởi động tư
AB.mạchđộnglực;ab.mạchđiềukhiển K1,K2,K3:đầu tiếp xúc chính;N,D:nút
,12- đầu tiếp xúc chính ,3-cuộn điều điều khiển cắt, đóng;RN.rơle nhiệt
 khiển đóng, 4. buồng dập tắt hồ quang K.cuộn đóng khởi động từ

3 - Khởi động từ

Khởi động từ là cơng tắc tơ nhưng có thêm bộ phận quay thuận nghịch sử
dụng cho động cơ điện , rơle nhiệt đểbảo vệ quá tải , bộ phận bảo vệ được
chỉnh định tương ứng với công suất động từ của động cơ . Để điều khiển động
cơ dùng hộp có nút đóng ( Đ ), nút cắt (C), sơ đồ ngun lý làm việc cơng tắc
tơ vẽ trên hình 6-4 .

4- Dao cắt tự động ( CB )

Dao cắt tự động ( CB ) là khí cụ cắt điện áp thấp chủ yếu đóng cắt bằng tay
trong đó có rơle nhiệt có khả năng tự động cắt khi dịng điện vượt q trị chỉnh
định ,khi dịng điện định mức lớn có thêm bộ phận dập hồ quang để tăng khả
năng cắt . Hiện nay loại này được sử dụng rộng rải vì đơn giản , gọn , an tồn
và giá thành thấp .

5- Dao cắt điện .

Dao cắt điện là khí cụ cắt điện áp thấp , đóng cắt trực tiếp bằng tay , thường
có kèm theo cầu chì đẻ cắt mạch khi dịng điện đạt đến trị số chảy của dây chì
 6-6. MÁY BIẾN DÒNG ĐIỆN .

Máy biến dịng điện ( BI ) có nhiệm vụ là biến đổi dòng điện I1 ( dòng điện

sơ cấp ) trong mạch điện có điện áp cao về dòng điện I2 ( dòng điện thứ cấp )

tương ứng với thiết bị đo lường, tự động bảo vệ rơ-le , qua tỷ số biến đổi kI.

I1 = I2. kI kI = I1 / I2

Dòng điện I2 thường là 5A cũng có thể 1A ;10A khi có yêu cầu .

Khi sử dụng BI có ưu điểm :
- An toàn cho người và cho thiết bị .

- Tiêu chuẩn hóa được việc chế tạo thiết bị đo lường và tự động .
Ngồi các thơng số định mức Uđm ; Iđm ; BI cịn có các thơng số riêng :

- Cấp chính xác : khi biến đổi I1 về trị số I2 có sai số về trị số DI , và sai số

</div>
(9)<div class='page_container' data-page=9>

DI = I2kI− I1

IÍ  DI% =

I2kI− I1

IÍ 100

I : là góc lệch pha giữa vectơ I1 với vectơ I ❑'2

Trên hình 6-5 vẽ sơ đồ thay thế và đồ thị vectơ của máy biến dòng . Căn cứ
vào đồ thị vectơ có thể xác định được biểu thức để tính sai số ∆I và δI của BI .

A I1

X1 R1 X2 R2 C

X0 R0 X jI2R I2R2 I2

R E2 U2 jI2X I0 

I2R

 
a) b) 0

Hình 6-5 . Sơ đồ thay thế và đồ thị vectơ của máy biến dòng .

∆I = OC −OAOA ≈ CBOA = I0

IÍ sin ( α +

Ψ ) ,
δI ≈ sinδI = ABOA =

I0

IÍ cos ( α +

Ψ ) ,

Từ đây thấy rằng sai số của BI phụ thuộc vào I0/I1 , phụ tải thứ cấp và góc α

- Phụ tải thứ cấp Z2 hoặc S2 là các dụng cụ nối vào mạch thứ cấp của BI

- Phụ tải định mức Z2đm ( S2đm) : là phụ tải thứ cấp lớn nhất có thể sử dụng có

cấp chính xác tương ứng .

Vì vậy với máy biến dịng có thể có nhiều trị số công suất định mức tương
ứng với các cấp chính xác khác nhau .

Sai số của BI phụ thuộc vào I1 , phụ tải thứ cấp Z2… Để giảm sai số có thể

dùng thép từ tốt , cấu tạo đặc biệt .

Căn cứ vào trị số của sai số về trị số và sai số góc chia thành các cấp chính
xác 0,2 ; 0,5 ; 1 ; 3 và 10 .

Cấp chính xác 0,2 dùng cho các dụngcụ đo lường mẫu ; cấp chính xác 0,5
dùng cho cơng tơ điện ; cấp chính xác 1 dùng cho các dụng cụ đo lường
lắp bảng ; cấp 3 và 10 dùng cho các bộ truyền động cho máy cắt . Riêng bảo
vệ rơle tuỳ theo yêu cầu của từng loại bảo vệ mà dùng BI có cấp chính xác
thích hợp .

</div>
(10)<div class='page_container' data-page=10>

Khi dịng sơ cấp I1 lớn cuộn sơ cấp của BI chỉ có một vòng dây ( W1=1 ) dưới

dạng một thanh xuyên qua mạch từ (hình 6-6), hoặc khơng có khi sử dụng
mạch điện luồn xuyên qua mạch từ ( ví dụ kiểu Ampe kiềm ). Cuộn thứ cấp có
thể có một , hai cuộn thứ cấp với các mạch từ khác nhau thích hợp theo yêu cầu
( đo lường , bảo vệ rơle …) .

I1

I2 I21 I22

I1

Hình 6-6 .Máy biến dòng có một vòng sơ cấp ( W1=1)

2) Máy biến dòng kiểu bậc cấp.

Để giảm tỷ số biến dịng KI trong một cấp do đó giảm sai số của BI khi chế

tạo chia BI thành nhiều cấp ( hính 6-7) , mỗi cấp có tỷ số KIi ( KI1 ,KI2, …). Tỷ số

biến dòng chung của BI là tích số các KIi .

KI = Ki1 .Ki2….

Hình 6-7. Máy biến dòng kiểu bậc cấp
 3) Máy biến dịng thứ tự khơng

Trong mạch ba pha đo dòng thứ tự không ( I0 ) khi phụ tải không đối xứng ví

dụ khi ngắn mạch một pha có thể sử dụng máy biến dịng thứ tự khơng ( hình
6-8 ), trong đó cả ba pha IA,, IB , IC đều xun qua mạch từ do đó từ thơng tổng

trong mạch từ sẽ là :
 = A + B + C

</div>
(11)<div class='page_container' data-page=11>

IA+IB+IC = 0 ⇒  = 0

Khi dịng điện ba pha khơng đối xứng
0  0 và trong cuộn thứ cấp sẽ có I0 = 3I0

Cần chú ý khi mạch điện sử dụng cáp ba pha cần thêm dây nối võ cáp với đất
và xuyên qua mạch từ (hình 6-8b ) vì trong võ cáp đã có từ thơng 0 , dịng

điện trong dây nối đất này sẽ sinh ra từ thông ngược chiều để khử từ thơng 0

đã nói trên .

A B C A B C

a) b)
 Hình 6-8. Máy biến dịng thứ tự khơng
 a) Cấu tạo ; b) khi sử dụng cáp ba pha 
 4) Máy biến dòng kiểu bù.

Để giảm dịng từ hóa I0 và giảm cả sai số về trị số cũng như sai số góc , BI

được chế tạo thêm cuộn bù . Trên hình 6-9 vẽ máy biến dịng kiểu tự bù , trong
đó có hai mạch từ I và II, cuộn sơ cấp quấn vào mạch từ I với w1 vòng , quấn

vào mạch từ II với w1+1 vòng ; cuộn thứ cấp chia làm ba phần , quấn vào cuộn

I với w ❑'2 vòng , vào mạch từ II với w ❑2'' vòng và quấn chung cả hai
mạch từ với w2 vịng . Phương trình của từ thơng trong các mạch từ của BI sẽ là

Với mạch từ I : I = I1w1 – I2 ( w ❑'2 + w2 )

Với mạch từ II : II = I1( w1+1 ) – I2 ( w ❑2
'' + w

2 )

Neáu w ❑'2 > w

\} \} \} \{

¿❑❑2

 I gần như ngược chiều với II

Vì I1w1 < I1 ( w1+1 )

Do đó từ thơng 0I gần như ngược chiều với 0II và

0 = 0I - 0II  0  I0  0 1

</div>
(12)<div class='page_container' data-page=12>

0 0=1+2

a) b) 2

Hình 6-9 . Máy biến dịng kiểu bù 
a) cấu trúc , b) đồ thị vectơ

5) Máy biến dòng kiểu lắp sẳn .

Trong một số máy cắt điện , máy biến áp điện lực công suất lớn thường ở các
đầu ra đã đặt sẵn một số máy biến dịng kiểu một vịng quấn có nhiều cuộn thứ
cấp , khi thiết kế cần tận dụng hết các BI này , nếu cần mới đặt thêm . Cần chú
ý cuộn nào không sử dụng phải nối tắt lại . Tỷ số KI = w2 /w1 được chọn thích

hợp theo dòng sơ cấp I1 bằng cách thay đổi w2 ( nối tiếp các cuộn thứ cấp với

nhau ).

Sơ đồ nguyên lý nối dụng cụ đo của BI ( hình 6-10 a ):
Cần chú ý : - Phụ tải của BI chỉ được nối tiếp .

- Không được để hở mạch cuộn thứ cấp , vì khi hở mạch dịng từ hóa I0 = I1

rất lớn làm cho mạch từ bị bảo hòa , 0 sẽ bằng đầu đưa đến E0 sẽ rất lớn vì

e = - dtdΦ

- Cuộn thứ cấp luôn luôn phải nối đất để đảm bảo an toàn cho người và thiết
bị đề phòng khi điện áp cao xâm nhập sang cuộn thứ cấp .

 e=- dtdΦ \

Hình 6-10. Sơ đồ nguyên lý nối phụ tải của BI

a) nối dụng cụ đo , b) đồ thi vectơ khi cuộn thứ cấp hở mạch
 Cách tính tốn và các điều kiện chọn máy biến dịng .

</div>
(13)<div class='page_container' data-page=13>

tổng trở của pha lớn nhất ( Smax hay Zmax ). Phụ tải của BI có thể nối theo sơ đồ

chỉ có một pha ( hính 6-11a ), hai pha ( hình 6-11b ) hay ba pha ( hình 6-11c ).
Trong tổng trở của phụ tải BI phải tính cả điện trở dây dẩn nối BI với dụng cụ
đo vì nó cũng tiêu thụ cơng suất đáng kể , mà điện trở này tỷ lệ với chiều dài
dây dẩn , chiều dài tính tốn của dây dẩn phụ thuộc vào sơ đồ nối dây của BI .

a) b) c)

Hình 6-11. Sơ đồ nối dụng cụ đo của máy biến dịng ( BI )

a) chỉ có một BI ; b) có hai BI nối hình V; c) có ba BI nối hình Y)
Chiều dài tính tốn dây dẫn ( ltt) của BI xác định như sau :

Với sơ đồ một BI ltt = 2l

Với sơ đồ hai BI ltt =

√

3 l

Với sơ dồ ba BI ltt = l

Trong đó l là chiều dài thực từ nơi đặt BI đến chỗ lắp dụng cụ đo .

Phụ tải định mức của BI xác định theo cấp chính xác của dụng cụ đo có yêu
cầu cao nhất ( thường theo cơng tơ , vì cấp chính xác cơng tơ là 0,5 ).

Trong tính tốn thực tế thường tính ngược , từ Zđm của BI và Ztt của phụ tải suy

ra Rdd lớn nhất cho phép và từ đây chọn tiết diện dây dẩn thỏa mãûn điều kiện

của BI :

Z2 =

∑

❑

Z2dc + Rdd Z2đm.BI

Trong đó: Zdd -tổng trở dây dẫn (thường chỉ tính Rdd)

Rdd = ρ .

ltt

Fdd

Fdd -tiết diện dây dẫn (mm2).

ρ -điện trở suất vật liệu dây dẫn

( ρCu=0 , 0188 Ω mm

/m ; ρAl=0 , 0315 Ω mm2/m ).

ltt -chiều dài tính toán (m), phụ thuộc vào cách nối dây của BI

Thường tính ngược để xác định tiết diện dây dẫn:

l

l
ltt  3

l

ltt =l

</div>
(14)<div class='page_container' data-page=14>

Rdd Z2ñm.BI

-¿

∑

❑

Z2dc

Fdd≥ρdd. ltt

Rdd

≥ ρdd. ltt

Z2 ñm. BI−

∑

Z2 dc

Để đảm bảo sức bền cơ, tiết diện dây dẫn không được bé hơn các giá trị sau:

- Đối với dây dẫn bằng đồng: FCu 1,5 mm2.

- Đối với dây dẫn bằng nhôm: FAl 2,5 mm2.

Nếu có dụng đo điện năng (công tơ), để đảm bảo sai số về điện áp rơi ( ΔU )

- Đối với đồng: FCu 2,5 mm2.

- Đối với nhôm: FAl 4 mm2

Phuï tải của máy biến dòng thố kê ghi vào bảng

Dụng cụ đo Loại Phụ tải trên pha ( Ω ) Ghi chú

A B C

Các điều kiện chọn máy biến dòng điện

Thơng số của BI Điều kiện Thơng số tính tốn
Điện áp định mức Uđm  UHT

Dòng điện định mức Iđm  Icb.max / Kqt

Ổn định lực động điện ilđđ.đm  ixk

Ổn định nhiệt ( Inh.ñm)2tnh  BN

Chú ý : - Khi I1đm > 1000A không kiểm tra diều kiện ổn định nhiệt

- Khi Ibt.max< 0,7Icb.max Kqt = 1,3

- Khi Ibt.max> 0,7 Icb.max Kqt = 1

Trong đó : UHT là điện áp định mạng điện lắp BI

</div>
(15)<div class='page_container' data-page=15>

Máy biến điện áp ( BU ) : có nhiệm vụ biến đổi điện áp cao U1(điện áp sơ

cấp ) về điện áp thấp U2 ( điện áp thứ cấp ), tương ứng với thiết bị đo lường , tự

động v...v.., qua tỷ số biến đổi kU .

U1 = U2 kU kU = U1 / U2 .

Điện áp U2 thường là 100V (với BU ba pha) hoặc 100/

√

3 V (với BU một

pha )

Cũng như BI khi sử dụng BU có ưu điểm :
- An tồn cho người và cho thiết bị .

- Tiêu chuẩn hóa được việc chế tạo thiết bị đo lường và tự động .
Ngồi các thơng số định mức Uđm ; BU cịn có các thơng số riêng :

- Cấp chính xác : khi biến đổi U1 về trị số U2 có sai số về trị số DU , và sai số

goùc U .

DU = U2kU−U1

U1  C B
DU% = U2kU−U1

U1 100 jI2(x1+x2)
U : là góc lệch pha giữa vectơ U1 với vectơ U ❑2

'

x1 r1 x2 r2 i2 I2(r1+r2)

i0 x U jI0x1

U1 x0 r0 U2 A I2 I0r1

R U2 I0

0 
a) b)

Hình 6-12. Sơ đồ thay thế và đồ thị vectơ của BU
Căn cứ vào đồ thị vectơ trê hình 6-12 xác định được sai số ∆U và δU

∆U = OA − OCOC ≈ ABOC = - Ioar1+Ior+I2 a' (r1+r2')+I'2 r(x1+x2')

U1

δU ≈ sinδU = BCOC = I0 rr1− I0 ax1

+I2 r' (r1+r2')− I2 a' (x1+x2')
U1

trong đó I0 =I0a + jI0r và I ❑'2 = I ❑'2a + j I ❑'2r

Từ đó thấy sai số của BU phụ thuộc vào U1 , phụ tải thứ cấp Z2 vàI0 … Để

giảm sai số có thể dùng thép từ tốt , hoặc cấu tạo đặc biệt .

</div>
(16)<div class='page_container' data-page=16>

Cấp chính xác 0,2 dùng cho các dụng cụ đo lường mẫu ; cấp chính xác 0,5
dùng cho cơng tơ điện ; cấp chính xác 1 dùng cho các dụng cụ đo lường
lắp bảng ;

a1 b1 c1

Các loại máy biến điện áp đặc biệt : A B C

1) Máy biến áp kiểu ba pha năm trụ

Máy biến áp loại này mạch từ có 5 trụ
( hình 6-12 ), ngồi 3 trụ cho 3 pha còn

thêm 2 trụ hai bên để cho từ thông thứ
tự không 0 sinh ra khi điện áp sơ cấp

U1 không đối xứng chạy qua mà khơng

khép vịng qua dầu , khơng khí có từ trơ x0 a0

lớn gây phát nóng . Cuộn sơ cấp và thứ Hình 6-12. Máy biến điện áp
cấp thứ nhất nối hình sao nối đất (Y0) k iểu 3 pha 5 trụ

cuộn thứ cấp thứ hai nối tam giác hở

a1, x1 nối vào rơle điện áp để cho tín hiệu , khi có một pha sơ cấp chạm đất

vì khi đó ï
Ua1,x1 = UA+UB +UC = 3U0 ;

(U0 là điện áp thứ tự không ) Loại này thường chế tạo vớiU1đm từ 3 đến 15 kV

2) Máy biến áp kiểu bậc cấp

Với điện áp từ 110 kV trở lên để giảm kích thước, trọng lượng va øđơn giản
máy biến điện áp được chế tạo thành nhiều cấp giống nhau chồng lên nhau
(hình 6-13) chỉ có cấp cuối cùng mới có cuộn thứ cấp , cuộn sơ cấp chia đều
trên các cấp . Số cấp phụ thuộc vào điện áp sơ cấp , ví dụ 110 kV có 2 cấp ,
220 kV có 4 cấp … Để giảm cách điện giữa các cuộn sơ cấp với lõi điểm giữa
các cuộn sơ cấp nối với mạch từ, do đó cách điện chỉ cần chế tạo với U = Uđm/n

trong đó n là số cấp . Loại này sai số phụ thuộc phụ tải thứ cấp , để khắc phục
khuyết điểm này lắp thêm cuộn bù còn gọi là cuộn cân bằng (wcb).

3) Máy biến điện áp kiểu phân chia điện dung

Với điện áp cao sử dụng diện dung nối tiếp nhau và nối xuống đất ( hình
6-14 ) , máy biến điện áp chỉ nối vào với điện áp UC2 , trong đó

UC2 = I. XC2

I= U1

XC 1+XC 2 =

U1

ωC1

+ 1

ωC2

= U1ωC1C2

</div>
(17)<div class='page_container' data-page=17>

do đó UC2 =

U1C1C2ω

C1+C2 .

ωC2 =

C1

C1+C2

U1

tức một phần của U1 vì

C1

C1+C2 < 1

Khối C2 và máy biến điện áp BU chế tạo thành một khối , khi sử dụng vào

mạng có điện áp U1 khác nhau chỉ cầ chọn C1 .

Sơ đồ nguyên lý nối phụ tải của BU ( hình 6-15 )

Hình 6-14.Máy biến điện áp Hình 6-13 . Máy biến điện áp
 kiểu điện dung kiểu bậc cấp

c)
 a) d)
 Hình 6-15. Sơ đồ nối dụng cụ đo vào BU

</div>
(18)<div class='page_container' data-page=18>

- Cuộn thứ cấp phải nối đất ( tương tự như đối với BI )

- Cuộn tam giác hở để nhận tín hiệu 3U0 khi U1 ba pha không đối

xứng .

Cách tính tốn và các điều kiện chọn máy biến điện áp .

Trước khi tiến hành chọn máy biến áp đo lường cần xác định các dụng cụ nối
vào cuộn thứ cấp của nó .

Phụ tải định mức của BU xác định theo cấp chính xác của dụng cụ đo có u
cầu cao nhất ( thường theo cơng tơ , vì cấp chính xác công tơ là 0,5 ).

Đối với BU cơng suất tính tốn lấy bằng tổng cơng suất cả ba pha (  Sdc ),

phụ tải của BU có thể nối vào U hay Ud .

S2 =

ΣSdccos ϕdc¿

+¿

√¿

√

Pdc2 +Qdc2

Chọn dây dẫn từ BU đến dụng cụ đo theo hai yêu cầu:

-Tổn thất điện áp ( ΔU ) trên dây dẫn không được lớn hơn 0,5% điện áp

định mức thứ cấp.

-Thỏa mãn điều kiện độ bền về cơ như với dây dẫn của BI (FCu 1,5 mm2;

FAl 2,5 mm2).

Dụng cụ đo Kiểu Sốlượng Phụ tải trên pha AB P(W) Q(VAR) Phụ tải trên pha BC P(W) Q(VAR)

Toång coäng ¿

∑

❑

PAB

∑

❑

QAB

∑

❑

∑

❑

QAB

S2=

√

(

∑

PAB+

∑

PBC

)

(

∑

QAB+

∑

QBC

)

Chú ý:khác với BI, trên mỗi phân đoạn của thanh góp chỉ đặt một BU
chung, cho nên phụ tải của nó là tất cả dụng cụ đo của các mạch nối vào phân
đoạn đó trừ mạch máy điện (nếu có) có đặt BU riêng.

Điều kiện chọn máy biến điện áp

</div>
(19)<div class='page_container' data-page=19>

Điện áp định mức Uđm = UHT

Công suất định mức Sđm ≥ S2 Σ

6-8 . KHÁNG ĐIỆN HẠN CHẾ DÒNG NGẮN MẠCH .

Khi thiết kế phần điện trong nhà máy điện và trạm biến áp, đặc biệt khi
chọn sơ đồ nối điện ở điện áp máy phát điện, có thể có dịng điện ngắn mạch
(IN) rất lớn. Điều này dẫn đến khơng thể có các thiết bị nào thỏa mãn hoặc

phải chọn mắy cắt điện, dao cách ly, các phần dẫn điện rất lớn trong khi dòng
điện làm việc bình thường nhỏ làm tăng vốn đầu tư khơng cần thiết . Trong
những trường hợp như vậy, cần tìm biện pháp tốt nhất, đơn giản nhất và không
làm tăng vốn đầu tư nhiều để hạn chế dòng ngắn mạch đến trị số thích hợp.

Chúng ta đã biết trị số dòng ngắn mạch được xác định gần đúng theo
biểu thức :

IN =

E

X∑❑

Trong đó, E là đại lượng không thể thay đổi.
X: tổng trở đến điểm ngắn mạch.

Để giảm được IN chỉ cần tăng X . Tăng X có thể sử dụng các biện pháp

khác nhau tùy trường hợp cụ thể . Sử dụng kháng điện là một trong các biện
pháp đó .

Kháng điện có nhiều mục đích, ví dụ để hạn chế dịng mở máy của động cơ
điện, của máy bù đồng bộ v…v… Trong phần này chỉ giới thiệu kháng điện hạn
chế dòng ngắn mạch.

Kháng điện hạn chế dòng ngắn mạch ở điện áp cao trên 1000 V là một cuộn
dây điện cảm gồm w vịng, khơng có lõi. Khi có dịng điện xoay chiều chạy
qua, tự bản thân có điện cảm L và tạo thành điện kháng Xk = wL. nối vào
mạch điện nơi đặt kháng điện ,

Chế tạo điện kháng X mà khơng chế tạo R vì tổng trở khi ngắn mạch trên
1000V, thành phần điện trở nhỏ; tăng X hiệu quả tốt hơn..

Chế tạo khơng có lõi vì u cầu hạn chế dịng ngắn mạch; trong khi nếu có
lõi, khi dịng ngắn mạch lớn, mạch từ bão hòa làm giảm trị số điện kháng –
ngược lại yêu cầu.

Nhưng khi đặt kháng điện lại phát sinh tác dụng :

</div>
(20)<div class='page_container' data-page=20>

- Tổn thất DQ = I2X

k làm cos nguồn giảm .

Để giảm bớt các tổn thất này cần xác định nơi cần đặt kháng , trị Xk thích hợp

và nhất la ø loại kháng điện .

1 - Về cấu tạo : có -Kiểu lắp ghép , và kiểu bê-tông

Kháng điện kiểu lắp ghép được chế tạo thành từng lớp, cách điện chủ yếu
bằng gỗ tẩm, ba-kê-lit; khi xây lắp sẽ ghép nhiều lớp với nhau bằng ốc xiết và
thanh giữ. Kiểu này nhẹ, thuận tiện chuyên chở nhưng giá thành cao và không
bền bằng kiểu bê-tông nên ít được sử dụng.

Kháng điện kiểu bê-tông : dùng bê-tông để cách điện giữa các vòng dây
cũng như giữa các lớp với nhau , bê-tơng cũng có nhiệm vụ tăng độ bền cơ
dưới tác dụng lực động điện khi ngắn mạch . Kháng điện kiểu bê-tơng trọng
lượng lớn khó khăn trong chun chở nhưng rẽ và bền nên được sử dụng nhiều
trong thiết bị phân phối điện trong nhà điện áp đến 15 kV. Với điện áp trên 15
kV hầu như không cần dùng kháng điện vì dịng ngắn mạch khơng lớn .

a)
Hình 8.2b) c)

2 - Về nguyên lý làm việc, kháng điện có 2 loại:
kháng đơn và kháng kép.

- Kháng điện đơn :

Là cuộn dây (hình 6-16a) chỉ có một đầu
vào và một đầu ra, khi có dịng điện chạy
qua chỉ tạo thành Xk do tự cảm L

Xk = wL = XL.

Trên sơ đồ được ký hiệu như hình 6-16b.
Sơ đồ thay thế chỉ có Xk (hình 6-16c) . Ưu

điểm đơn giản nhưng DU và DQ lớn phụ

thuộc vào dòng điện chạy qua, khi ngắn Hình 6-16. Kháng đơn
mạch cũng như khi việc bình thường.

DU = I.X và DQ = I2.X
K

</div>
(21)<div class='page_container' data-page=21>

3
2

Hình 8.3
1

a) c)

L

3
-kx
1

L

x (1+k) x (1+k)

Hình 6-17. Kháng kép

a) Sơ đồ nguyên lý ; b) Sơ đồ ký hiệu ; c) Sơ đồ thay thế .

Ngồi XL như kháng điện đơn, nhưng vì có 2 cuộn dây đặt lồng vào nhau nên

giữa chúng còn có XM (hỗ cảm) phụ thuộc vào chiều dịng điện ở 2 phần.

Xk = XL ± XM

Với X1 = - kXL = -XM

X2 = X3 = XL – XM = XL(1+k) với XM = kXL

k =XM

XL

≈ 0,5
trong đó,

- Kháng điện đơn : thường đặt trên thanh góp và đường dây
- Kháng điện kép : đặt trên đường dây

3. Các thông số của kháng điện

- Uđm: điện áp định mức của kháng điện; chủ yếu do sứ đỡ để cách điện giữa

kháng điện với nền nhà. Còn điện áp giữa các vòng dây, giữa các lớp rất nhỏ.
Điện áp rơi trên kháng điện là DUK.

DUk đm = Iđm . Xk < (5¸10)% m.

Do đó, có thể dùng kháng điện có Uđm = 10 kV trong mạch có UHT cao hơn,

ví dụ 13,8 kV, 15,75 kV … chỉ cần thay sứ đỡ bằng sứ có điện áp tương ứng.
- Iđm: dòng điện định mức : là d02ng đi65n lớn nhất cho phép chạy qua

</div>
(22)<div class='page_container' data-page=22>

- Xk%: điện kháng XL của kháng tính bằng % so với định mức

XK% =

XK

XKdm100 %=

XK

Udm

√

3 Idm

100 %=

√

3 Idm

Udm XK100 %

L

3
-kx
1

L

x (1+k) x (1+k) X

K=

XK%

100 .

UñmK

√

3 IñmK

Do đó

Từ đây, thấy rằng cũng Xk% như nhau nhưng với IđmK lớn hơn trị số Xk nhỏ

hơn nghĩa là hiệu quả hạn chế dòng ngắn mạch kém hơn. Do đó, khi chọn
kháng cần tính đúng dịng cưỡng bức qua kháng , tránh chọn kháng có IđmK lớn

không cần thiết.

Với kháng đơn, dịng chạy qua kháng chỉ có một chế độ làm việc. Với
kháng kép có 3 chế độ làm việc.

- Chế độ song song (hình 6-19a): dịng điện vào cửa 1 và phân thành hai nhưng
qua 2 và 3 (hoặc ngược lại vào cửa 2 và 3, ra ngõ 1). Đây là chế độ tốt nhất của
kháng điện kép vì lúc bình thường

Khi k = 0,5:

X

K∑❑=−kXL+

1+ k

2 XL=−0,5 XL− 0,5kXL=0 ,25 XL

Do đó, DU và DQ bé. Nhưng khi ngắn mạch,
ví dụ ở vị trí 2:

K

∑

❑❑=− kXL+(1+k) XL=XL>XK

∑❑

X❑

</div>
(23)<div class='page_container' data-page=23>

(1+k)x

L

3
-kx
1

L

Xk = -k XL + (1+k)XL = XL

(1+k)x

L
L

3
(1+k)x
-kx
1

L

(1+k)x

L
L

3
(1+k)x

-kxL
1

Hình 8.4

Hình 6-19. Sơ đồ thay thế kháng kép trong 3 chế độ làm việc
 a) Làm vịêc song song ; b) Làm việc một nhánh ; c)Làm việc nối tiếp

- Chế độ nối tiếp (hình 6-19c): dịng điện đi từ 2 sang 3 hay ngược lại.
Xk = 2(1+k)XL

Khi k = 0,5 ta coù: Xk = 3 XL.

Tổng kết các điều kiện chọn các khí cụ điện

TT Thông số Điều kiện Máy

cắt

Dao
cách
ly

Máy cắt
phụ tải

Cầu
chì

1 Điện áp định mức Uđm UTH x x x x

2 Dòng điện định mức Iđm Icb.max x x x x

3 Dòng điện cắt định mức Icắt.đm I" x 0 0 x

4 Ổn định lực động điện Ilđđ.đm Ixk x x x 0

5 Ổn định nhiệt I2

nh .tnh

x x x 0

Ghi chú : x : cần kiểm tra

0 : không cần kieåm tra

</div>

chuong6_-_cac_khi_cu_dien.doc

<b>CÁC KHÍ CỤ ĐIỆN </b>

√

∑

<i>l</i>

<i>l</i>

∑

<sub>∑</sub>

√

√

∑

∑

∑

∑

√

(

∑

∑

)

(

∑

∑

)

√

√

√

<sub>∑</sub>

Tài liệu liên quan

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về