Trở kháng của máy biến áp

 

 

 

1.1 Định nghĩa về trở kháng

Định nghĩa: Trở kháng của một máy biến áp đề cập đến điện trở mà nó phát ra trên dòng điện khi dòng điện chảy qua nó. Nó bao gồm hai phần: điện trở và phản ứng cảm ứng. Độ lớn của trở kháng thường được biểu thị bằng phần trăm và được đánh dấu trên bảng tên biến áp.

Phần cấu thành:

• Điện trở (R): Đây là phần điện trở của dây dẫn điện trong cuộn dây máy biến áp, chủ yếu được xác định bởi vật liệu và chiều dài của cuộn dây. Điện trở có thể khiến năng lượng điện bị mất dưới dạng năng lượng nhiệt, được gọi là mất đồng.

• Phản ứng cảm ứng (x): Phần này của trở kháng bắt nguồn từ độ tự cảm của cuộn dây. Khi xen kẽ dòng điện đi qua cuộn dây, phản ứng cảm ứng sẽ cản trở sự thay đổi của dòng điện. Phản ứng cảm ứng chủ yếu được xác định bởi cấu trúc hình học của các cuộn dây và thông lượng từ rò rỉ giữa các cuộn dây.

 

1.2 Chế độ biểu thức của trở kháng

Tổng trở kháng thường được thể hiện ở dạng phức tạp và bao gồm sự kết hợp của điện trở và phản ứng cảm ứng.

Z=r+jx,  Trong số đó, J là đơn vị tưởng tượng

Lưu ý: Trở kháng không đề cập đến trở kháng của một điện áp cao hoặc điện áp thấp, mà là trở kháng kết hợp của điện áp cao với điện áp, điện trở và phản ứng thấp, được sử dụng để mô tả trở kháng giữa các cuộn dây của một máy biến áp dưới trạng thái hoạt động nhất định.

Ví dụ: trở kháng của ba - máy biến áp cuộn dây:

Điện áp cao - Điện áp thấp

Điện áp cao - điện áp trung bình

Điện áp trung bình - điện áp thấp

 

 

2.1 Định nghĩa của Trở kháng mạch ngắn -

Định nghĩa: Trở kháng mạch ngắn - trên bảng tên biến áp là một tham số rất quan trọng, phản ánh các đặc tính điện của biến áp trong các điều kiện mạch ngắn -. Trở kháng mạch ngắn - thường được biểu thị bằng phần trăm (%z), đại diện cho tỷ lệ của điện áp cần được áp dụng cho cuộn dây chính để tạo ra dòng điện định khi cuộn dây thứ cấp của máy biến áp là ngắn {{4}

 

Công thức:

Trở kháng mạch ngắn - () có thể được thể hiện bằng công thức sau:

Trong số đó:

• là điện áp cần thiết cho cuộn dây chính để đạt được dòng được định mức khi cuộn dây thứ cấp là ngắn - được chuyển mạch.

• là điện áp định mức của cuộn dây sơ cấp.

Tầm quan trọng của trở kháng mạch ngắn -

 

2.2 Tầm quan trọng của trở kháng mạch ngắn -

2.2.1 Giới hạn ngắn - dòng điện mạch

Trở kháng mạch ngắn - xác định độ lớn của dòng mạch ngắn - được tạo bởi máy biến áp khi cuộn dây thứ cấp là ngắn - được chuyển mạch. Dòng điện ngắn - là dòng điện tối đa có thể xảy ra trong hệ thống điện và nó có thể gây ra mối đe dọa nghiêm trọng đối với sự an toàn của thiết bị và hệ thống.

Trở kháng mạch ngắn - ngắn, dòng mạch ngắn - ngắn hơn, giúp bảo vệ máy biến áp và thiết bị hạ nguồn khỏi bị hư hại do dòng điện -}.

Tính toán ngắn mạch

Cho: dung lượng bảng tên của máy biến áp là 100MVA, điện áp là 132/11 kV và trở kháng mạch ngắn- là 10%. Tính toán mạch ngắn - trên cả hai cạnh điện áp cao và thấp.

= ngắn - dòng mạch

= hiện tại định mức

Z%= Trở kháng ngắn mạch

 

Phía điện áp cao:

 

Phía điện áp thấp:

 

2.2.2 Quy định điện áp

Ngắn - Trở kháng mạch và thả điện áp

Độ lớn của trở kháng mạch ngắn - ảnh hưởng trực tiếp đến việc giảm điện áp của máy biến áp. Một trở kháng mạch ngắn - lớn hơn có nghĩa là khi máy biến áp bị tải trọng, điện áp giảm trên cuộn dây cũng lớn hơn, dẫn đến giảm điện áp đầu ra lớn hơn. Nói cách khác, trở kháng mạch ngắn - càng lớn, hiệu suất điều chỉnh điện áp càng tệ, bởi vì điện áp đầu ra dao động nhiều hơn khi tải thay đổi.

2.2.3 Hoạt động song song

Khi nhiều máy biến áp hoạt động song song, độ lớn của trở kháng mạch ngắn - xác định tỷ lệ của tải mỗi máy biến áp đều mang. Nếu các trở kháng mạch ngắn - của các máy biến áp song song là khác nhau, tải sẽ được phân phối không đều

• Máy biến áp có trở kháng thấp

Nó sẽ chịu một tải trọng tương đối lớn. Điều này là do trở kháng nhỏ hơn có nghĩa là giảm điện áp nhỏ hơn, do đó nó có thể truyền hơn dòng điện hơn, dẫn đến tải trọng lớn hơn.

• Máy biến áp có trở kháng cao

Sau đó, nó sẽ chịu một tải nhỏ hơn. Điều này là do một trở kháng lớn hơn sẽ tạo ra sự sụt giảm điện áp lớn hơn, dẫn đến một dòng điện truyền nhỏ hơn và do đó tải trọng nhỏ hơn.

Một trong những điều kiện cho hoạt động song song là các trở kháng của nhiều máy biến áp là như nhau.

Giả sử có hai máy biến áp hoạt động song song:

Trở kháng mạch ngắn - của biến áp A là 8%.

Trở kháng mạch ngắn - của máy biến áp B là 10%.

Nếu hai máy biến áp này hoạt động song song, do trở kháng mạch ngắn - nhỏ hơn của A, thì nó sẽ có tải trọng lớn hơn B. Ví dụ, nếu tổng tải của hệ thống là 1000kVA, thì máy biến áp A có thể chịu 600kVa, trong khi máy biến áp B chỉ có 400kVA.

Phân phối tải không đồng đều này có thể dẫn đến các vấn đề sau:

• Quá tải: Máy biến áp có trở kháng thấp có thể bị quá tải, trong khi những máy có trở kháng cao có thể ở trạng thái tải -.

• Hiệu quả thấp: Do phân phối tải không đều, hiệu quả hoạt động của toàn bộ hệ thống có thể giảm.

• Tuổi thọ rút ngắn: Máy biến áp hoạt động trong điều kiện quá tải có thể trải qua tuổi thọ rút ngắn do ứng suất nhiệt và lão hóa tăng tốc.

2.2.4 Cài đặt bảo vệ

Trở kháng mạch ngắn - có tác động trực tiếp đến việc cài đặt các thiết bị bảo vệ như rơle và bộ ngắt mạch. Các thiết bị bảo vệ thường cần được đặt theo dòng mạch ngắn - để đảm bảo rằng các lỗi có thể được cắt bỏ kịp thời và hiệu quả khi xảy ra một đoạn ngắn, do đó làm giảm tác động đến các phần khác của hệ thống.

Hiểu trở kháng mạch ngắn - của máy biến áp là hữu ích để thiết kế các cài đặt bảo vệ phù hợp để đảm bảo độ an toàn và độ tin cậy của hệ thống.

 

 

3.1 Lợi thế của trở kháng cao

• Giới hạn dòng điện ngắn -

Các máy biến áp có trở kháng cao có thể giới hạn cường độ của dòng điện ngắn - khi xảy ra một thời gian ngắn. Điều này giúp bảo vệ hệ thống điện và thiết bị và giảm tác động của các lỗi đối với hệ thống.

• Tính linh hoạt trong quá trình hoạt động song song

Trong các máy biến áp hoạt động song song, nếu có một chút khác biệt về trở kháng (nhưng trong một phạm vi hợp lý), việc phân phối tải dễ dàng hơn và tránh nồng độ quá mức của tải trên một máy biến áp duy nhất do trở kháng quá nhỏ.

• Chi phí có thể tương đối thấp

Trong một số thiết kế, trở kháng tăng có thể làm giảm lượng vật liệu cuộn được sử dụng, do đó giảm chi phí sản xuất.

 

3.2 Nhược điểm của trở kháng cao

Hiệu suất điều tiết điện áp kém

Các máy biến áp có trở kháng cao sẽ trải qua sự dao động đáng kể trong điện áp đầu ra của chúng khi tải thay đổi. Điều này là không thuận lợi cho các tải trọng đòi hỏi một điện áp ổn định và điện áp giảm tương đối lớn

Mất năng lượng tương đối lớn

Trở kháng lớn hơn có nghĩa là điện trở và phản ứng cao hơn, có thể dẫn đến mất năng lượng cao hơn và làm giảm hiệu quả của máy biến áp.

 

3.3 Ưu điểm của trở kháng thấp

Nó có hiệu suất điều chỉnh điện áp tốt

Các máy biến áp có trở kháng thấp có dao động điện áp đầu ra nhỏ hơn khi tải thay đổi và có thể cung cấp điện áp ổn định hơn. Điều này rất quan trọng đối với các thiết bị nhạy cảm với dao động điện áp, chẳng hạn như các thiết bị điện tử và trung tâm dữ liệu, nơi giảm điện áp tương đối nhỏ.

Hiệu quả cao

Một trở kháng nhỏ hơn có nghĩa là điện trở và phản ứng thấp hơn, thường dẫn đến hiệu quả năng lượng cao hơn và giảm tổn thất trong quá trình hoạt động.

 

3.4 Nhược điểm của trở kháng thấp

Dòng điện ngắn -

Trở kháng thấp có nghĩa là khi một mạch ngắn xảy ra, dòng điện sẽ rất lớn, điều này có thể gây ra tác động đáng kể đến hệ thống và thiết bị. Điều này đòi hỏi các biện pháp bảo vệ phức tạp và tốn kém hơn.

Chi phí sản xuất cao

Đạt được trở kháng thấp thường đòi hỏi phải sử dụng nhiều vật liệu hơn (như dây dày hơn hoặc lõi lớn hơn) và các quy trình sản xuất phức tạp hơn, làm tăng chi phí.

 

3.5 Lựa chọn thỏa hiệp

Trong các ứng dụng thực tế, các nhà thiết kế máy biến áp thường cần tìm một điểm cân bằng giữa các cường độ của trở kháng.

Điểm cân bằng này phụ thuộc vào:

• Yêu cầu bảo vệ cho các hệ thống điện

Nếu dòng điện ngắn - cần được điều khiển nghiêm ngặt, một thiết kế có trở kháng lớn hơn có thể được chọn.

• Yêu cầu ổn định điện áp của tải

Nếu cần có điện áp đầu ra rất ổn định, một thiết kế có trở kháng nhỏ hơn có thể được chọn.

• Cân nhắc chi phí

Với tiền đề của các yêu cầu về hiệu suất cuộc họp, chi phí thường là một quyết định quan trọng - yếu tố thực hiện.

 

 

4.1 Mục đích kiểm tra

Trở kháng mạch - ngắn và thử nghiệm mất tải là một thử nghiệm quan trọng đối với các máy biến áp, được sử dụng để xác định trở kháng mạch ngắn - (%z) của máy biến áp và mất tải (tức là mất đồng) trong các điều kiện mạch ngắn -. Thử nghiệm này có thể cung cấp thông tin đặc tính điện quan trọng của máy biến áp trong các điều kiện làm việc cụ thể, rất hữu ích để xác minh chất lượng thiết kế và hiệu suất của máy biến áp.

• Đo trở kháng mạch ngắn - (%z)

Trở kháng mạch ngắn - phản ánh hiệu ứng kết hợp của điện trở và phản ứng của máy biến áp và rất quan trọng để đánh giá hiệu suất của một máy biến áp trong các điều kiện lỗi.

• Đo mất tải

Mất tải (hoặc mất đồng) là mất điện do điện trở cuộn của máy biến áp theo tải định mức, có thể được đo thông qua các thử nghiệm trở kháng mạch ngắn -

 

4.2 Nguyên tắc kiểm tra

Ngắn - Kiểm tra trở kháng mạch liên quan đến việc áp dụng điện áp tương đối thấp cho cuộn dây sơ cấp (thường là phía cao -) của một máy biến áp trong khi ngắn - Dựa trên các giá trị đo này, có thể tính toán trở kháng mạch ngắn - và mất tải của máy biến áp.

 

4.3 Quy trình kiểm tra

4.3.1 Chuẩn bị kiểm tra

Dây: ngắn - Mạch phía thứ cấp (thấp - phía điện áp) của máy biến áp và kết nối phía chính (cao - phía điện áp) với nguồn điện có thể điều chỉnh.

Chuẩn bị thiết bị: Kết nối thiết bị đo để ghi lại các tham số như điện áp, dòng điện và công suất.

4.3.2 Điện áp ứng dụng

Dần dần tăng điện áp ở phía chính từ 0 cho đến khi dòng điện ở phía chính đạt đến dòng được định mức. Tại thời điểm này, do các mạch ngắn ở phía thứ cấp, điện áp phải gần bằng không.

4.3.3 Đo lường

Điện áp: Đo và ghi lại điện ápvề phía chính

Dòng điện: Đo lường và ghi lại hiện tạivề phía chính

Công suất: Đo và ghi lại công suất hoạt động đầu vào P, chủ yếu là mất tải (mất đồng) của cuộn dây.

4.4.4 Tính toán

Công thức tính toán của Trở kháng mạch ngắn -:

Tỷ lệ phần trăm ngắn - Trở kháng mạch (%Z):

Trong số đó,là điện áp định mức của máy biến áp

Mất tải (mất đồng) đề cập đến công suất đo P.

4.4.5 Điều kiện kiểm tra

Các thử nghiệm thường được tiến hành ở nhiệt độ phòng, nhưng do ảnh hưởng đáng kể của nhiệt độ đến điện trở cuộn dây, tổn thất tải trọng thực tế có thể yêu cầu điều chỉnh nhiệt độ.

Trong thử nghiệm, điện áp ứng dụng tương đối thấp. Nó chỉ cần đạt đến dòng điện định mức, không phải điện áp định mức, bởi vì khi cuộn dây thứ cấp ngắn - được chuyển mạch, áp dụng điện áp thấp hơn là đủ để tạo ra dòng điện định mức.

4.4.6 Phân tích kết quả kiểm tra

Ngắn - Giá trị trở kháng mạch

Giá trị trở kháng mạch ngắn - phải phù hợp với giá trị thiết kế hoặc giá trị trên bảng tên. Nếu sự khác biệt là đáng kể, nó có thể chỉ ra rằng có những vấn đề trong thiết kế hoặc sản xuất máy biến áp.

Mất tải

Mất tải được đo (mất đồng) được sử dụng để đánh giá hiệu quả của máy biến áp trong các điều kiện tải -. Mất mát này nên nằm trong phạm vi được chỉ định trong thiết kế.

4.4.7 Ý nghĩa

Kiểm tra trở kháng mạch ngắn - không chỉ xác minh chất lượng thiết kế và sản xuất của máy biến áp mà còn cung cấp dữ liệu chính để phân tích lỗi của hệ thống, cài đặt các thiết bị bảo vệ và hoạt động song song của máy biến áp. Thông qua thử nghiệm này, các kỹ sư có thể đảm bảo sự an toàn và độ tin cậy của máy biến áp trong hoạt động thực tế. Tóm lại, thử nghiệm trở kháng mạch ngắn - là một bước quan trọng để đảm bảo rằng máy biến áp tuân thủ các thông số kỹ thuật thiết kế và có thể hoạt động an toàn và hiệu quả.