0.14 Biến áp đo lường

BIẾN ĐIỆN ÁP (BU)

Chức năng và các thông số chính của bu

Biến điện áp đo lường dùng để biến đổi điện áp từ trị số lớn xuống trị số thích hợp (100V hay 100/ $\sqrt{3}$ V) để cung cấp cho các dụng cụ đo lường, rơle và tự động hóa. Như vậy các dụng cụ thứ cấp được tách khỏi mạch điện cao áp nên rất an toàn cho người. Cũng vì an toàn, một trong những đầu ra của cuộn dây thứ cấp phải được nối đất. Các dụng cụ phía thứ cấp của BU có điện trở rất lớn nên có thể coi BU làm việc ở chế độ không tải.

BU bao gồm các thông số chính như sau:

a) Hệ số biến đổi định mức

a)b)Hình 14-1. Biến điện áp một phaa) Sơ đồ thay thế; b) Đồ thị véctơ

U1  U2.Kđm .

b) Sai số của biến điện áp

Xét BU một pha có sơ đồ thay thế hình 14-1a, trong đó:

z1 = r1 + jx1 : tổng trở cuộn sơ cấp.

z2 = r2’ + jx2’ : tổng trở cuộn thứ cấp đã qui đổi về sơ cấp.

z’ = r’ + jx’ : tổng trở phụ tải đã qui đổi về sơ cấp;

z0 = r0 + jx0 - tổng trở mạch từ.

Theo sơ đồ thay thế dựng được đồ thị véctơ các dòng áp (Hình 14-1b).

Trên hình 14-2b, các véctơ U’2 và E’2 cũng như I’2 là các véctơ điện áp và dòng điện đã qui đổi về phía sơ cấp. Qua đồ thị véctơ thấy rằng, điện áp thứ cấp đã tăng lên Kđm lần (tức U’2), sai khác với điện áp sơ cấp U1 cả về pha lẫn trị số. Đó chính là do tổn thất trong BU gây nên. Sai số của BU được xác định như sau.

Sai số trị số:

$\mathrm{\Delta U}=\frac{K_{\text{âm}}\text{.}{U}_2-U_1}{U_1}\text{.}\text{100}$

Sai số góc u(góc lệch giữa U’2 và U1).

Căn cứ vào đồ thị véctơ hình 14-1b có thể xây dựng được biểu thức sai số điện áp và sai số góc của nó. Theo đồ thị có thế viết được:

$\mathrm{\Delta U}=\frac{\text{OA}-\text{OC}}{\text{OC}}\approx \frac{\text{AB}}{\text{OC}},$

và ${\delta }_u\approx \text{sin}{\delta }_u=\frac{\text{BC}}{\text{OC}}$

Tóm lại AB và BC xác định sai số trị số và sai số góc của biến điện áp đồng thời xét phần thực và phần ảo của véc tơ AC. Ta có:

$\overrightarrow{\text{CA}}=-\overrightarrow{\text{AC}}=-({\dot{U}}_1-{\dot{U}}_2^{\text{'}})=-[{\dot{I}}_0{\dot{z}}_1+I{\text{'}}_2({\dot{z}}_1+\dot{z}{\text{'}}_2)]$

Biến đổi biểu thức trên, tách phần thực và ảo sẽ có:

$\begin{array}{}\mathrm{\Delta U}=-\frac{I_{\text{oa}}{r}_1+I_{\mathrm{0r}}{x}_1+I{\text{'}}_{\mathrm{2a}}(r_1+r{\text{'}}_2)+I{\text{'}}_{\mathrm{2r}}(x_1+x{\text{'}}_2)}{U_1},\\ {\delta }_u=\frac{I_{\text{or}}{r}_1-I_{\mathrm{0a}}{x}_1+I{\text{'}}_{\mathrm{2a}}(r_1+r{\text{'}}_2)-I{\text{'}}_{\mathrm{2a}}(x_1+x{\text{'}}_2)}{U_1},\end{array}$

Hình 14-2: Biến điện áp dầu một phaa)Điện áp dưới 35kV: 1.Thùng thép,2.Nắp, 3.Đầu sứ xuyên, 4.Mạch từ,5.Cuộn dây sơ cấp,6.Đầu ra tứ cấp, 7.Chốt để tháo nắp,8.Dầu máy biến áp. b)Điện áp 35kVtrong đó ${\dot{I}}_0={\dot{I}}_{\text{oa}}+j{\dot{I}}_{\text{oí}}$ và $\dot{I}{\text{'}}_2=\dot{I}{\text{'}}_{\mathrm{2a}}+j\dot{I}{\text{'}}_{\mathrm{2r}}$

Ta thấy rằng sai số của biến điện áp là một hàm số phụ thuộc vào nhiều thông số. Dòng I0 phụ thuộc vào mạch từ, nên để giảm sai số cần dùng thép kĩ thuật điện tốt để làm mạch từ. Dòng I2 phụ thuộc vào tải thứ cấp, vậy công suất các dụng cụ phía thứ cấp không được vượt quá công suất định mức của biến điện áp (Spt  SđmBU ). Tổng trở Z1 và Z2 phụ thuộc vào cấu tạo cuộn dây sơ cấp và thứ cấp của biến điện áp. Để giảm sai số người ta chọn mật độ dòng trong các cuộn dây của BU nhỏ hơn so với trong máy biến áp điện lực.