Bài giảng Thiết bị phụ và mạch đo lường

CHƯƠNG III THIẾT BỊ PHỤ VÀ MẠCH ĐO LƯỜNG 3.1 KHÁI NIỆM CHUNG Để phục vụ cho việc đo đếm điện năng, bên cạnh công tơ điện còn sử dụng các loại thiết bị phụ là máy biến dòng và biến áp đo lường. Máy biến dòng và biến áp đo lường gọi tắt là TI và TU là những dụng cụ biến đổi dòng điện và điện áp cần đo thành những dòng điện và điện áp có giá trị tương ứng theo một tỷ lệ nhất định đã được tiêu chuẩn hóa để phục vụ cho nhu cầu đo và mở rộng giới hạn các phương tiện đo, đảm bảo an toàn cho người sử dụng và các trang thiết bị khác. Ngoài ra chúng còn được sử dụng trong các mạch bảo vệ TI và TU thông dụng loại có một hệ số biến đổi thường có cấu tạo đơn giản gồm 2 cuộn dây cách điện với nhau và đặt chung trên một lõi sắt từ. Như vậy khi đóng điện sẽ có chung một dòng từ thông fo chạy qua. Cuộn sơ cấp với số vòng dây w1 còn cuộn thứ cấp với số vòng dây w2 ( hình 3.1) V A XxA aA xA w1 w2 U2 U1 V w1 w2 U1 U2 A XxA aA xA A K LxA S1 w1 w2 I2 A w1 w2 I1 I2 K LxA S1 O O I1 Hình 3.1 Sơ đồ cấu tạo và cách đấu TI, TU Để phục vụ riêng cho mạch điện 3 pha, người ta còn chế tạo loại TU 3 pha gồm 3 cuộn dây sơ cấp và 3 cuộn dây thứ cấp ( hình 3.2 ). Để tăng độ cách điện và giảm độ tăng nhiệt những loại TU có điện áp sơ cấp trên 1 kV ngưòi ta sử dụng dầu biến thế. Ởí những TI có dòng sơ cấp lớn hơn dòng thứ cấp thì w1 < w2 (vì I1w1= I2w2). Tiết diện dây cuộn sơ cấp cũng khác nhau, nó phụ thuộc vào giá trị dòng danh định sơ cấp. Những TI có dòng sơ cấp từ 100 A trở lên, để tiện cho khâu lắp đặt và sử dụng, người ta thường chế tạo lõi sắt từ có dạng hình xuyến và số vòng dây của cuộn sơ cấp là một vòng, như vậy khi lắp đặt chỉ cần xuyên thanh cái qua lỗ hình xuyến mà không cần phải ngắt mạch để nối vào TI. Dòng thứ cấp thường được tiêu chuẩn hóa là 5A và tiết diện dây thường là như nhau cho các loại. Ở TU, điện áp sơ cấp U1 lớn hơn điện áp thứ cấp U2 và vì = nên w1> w2. Cả hai cuộn dây đều có tiết diện nhỏ ( tiết diện dây sơ cấp nhỏ hơn ). Cách đấu dây trong mạch đo lường và điều kiện làm việc của TI và TU có nhiều điểm khác nhau, dưới đây liệt kê một số điểm khác nhau cơ bản: 1. Cuộn sơ cấp của TI mắc nối tiếp trong mạch đo lường còn cuộn sơ cấp của TU mắc song song. 2. TI làm việc trong chế độ gần như ngắn mạch và đó là chế độ bình thường, còn ở TU ngắn mạch là không được phép và ở chế độ đó có thể gây phá hủy TU. Ở TU hở mạch thứ cấp là chế độ bình thường, trong khi đó hở mạch thứ cấp ở TI là không được phép vì khi đó mạch thứ cấp sẽ có điện áp cao, gây nguy hiểm cho người và hỏng cách điện của thiết bị. 3. Cảm ứng từ ở TI luôn thay đổi còn ở TU là không đổi (khi điện áp ổn định). 4. Dòng điện trong cuộn thứ cấp của TI ở giới hạn qui định (ví dụ 5A) không phụ thuộc giá trị tổng điện trở của tải trong mạch thứ cấp, nhưng lại phụ thuộc vào dòng sơ cấp. Còn ở TU dòng điện trong cuộn thứ cấp phụ thuộc vào tổng điện trở của tải và khi dòng thứ cấp thay đổi kéo theo sự thay đổi của dòng sơ cấp. 5. Sai số của TI liên quan đến tải trong cuộn thứ cấp, ở những giá trị khác nhau của tải sẽ có những giá trị sai số cho phép khác nhau. Các phương tiện đo lường được mắc trong mạch thứ cấp của TI và TU và mỗi loại đều có qui định hệ số biến đổi. Đối với TI Ki = Đối với TU Ku = Như vậy căn cứ vào chỉ số của phương tiện đo mắc trong mạch thứ cấp và hệ số biến đổi của TI và TU ta có thể biết được các giá trị của đại lượng cần đo ở mạch sơ cấp. I1 = K1I2 và U1 = KuU2 Thông thường mỗi TI và TU được chế tạo có một hoặc nhiều hệ số biến đổi, tùy thuộc vào chức năng sử dụng, trong cấu tạo của chúng còn có những cuộn phụ phục vụ cho mạch rơle bảo vệ. Ngoài các giá trị dòng điện và điện áp danh định, hệ số biến đổi danh nghĩa, TI và TU còn có những thông số quan trọng khác như dung lượng (tổng trở mạch ngoài có thể mắc vào TI và TU), sai số(cấp chính xác) chúng liên quan rất chặt chẽ với nhau. Khác với các loại máy biến đổi, sai số của TI và TU đặc trưng bởi hai thành phần: a) Sai số của hệ số biến đổi dòng điện hoặc điện áp tính theo % đại lượng biến đổi, thường gọi là sai số dòng (TI) hoặc sai số điện áp (TU). Sai số này được biểu thị bằng công thức: fI %= .100 (Đối với TI) fU % = 100 (Đối với TU) Dạng tổng quát: f % = .100, Kt = (TI) Kt = (TU) Trong đó : I1(U1) cường độ dòng điện (điện áp) sơ cấp I2(U2) cường độ dòng điện (điện áp) thứ cấp K hệ số biến đổi danh nghĩa của TI (TU) Kt hệ số biến đổi thực tế của TI (TU) b) Sai số góc của TI(TU) đặc trưng cho góc lệch pha giữa véctơ dòng điện(điện áp) sơ cấp với véctơ dòng điện(điện áp) thứ cấp. Sai số góc sẽ dương nếu véctơ dòng điện(điện áp) thứ cấp vượt trước véctơ dòng điện(điện áp) sơ cấp và ngược lại, sai số sẽ âm nếu véctơ dòng điện(điện áp) thứ cấp chậm pha so với véctơ dòng điện(điện áp) sơ cấp. Sai số góc biểu thị bằng phút hoặc radian. Cả hai thành phần sai số đều do tổn hao năng lượng trong lõi sắt từ và các cuộn dây gây ra, chúng phụ thuộc chủ yếu vào dòng điện(điện áp) sơ cấp của tải và của mạch thứ cấp. Đối với các phép đo công suất và năng lượng điện, ngoài sai số hệ biến đổi của TI và TU, thành phần sai số góc cũng đóng vai trò quan trọng vì chúng có ảnh hưởng đến thành phần góc lệch pha. Sự phụ thuộc giữa sai số của TI và TU vào tải trong mạch thứ cấp và đặc tính của tải được trình bày trên các hình 3.3 và 3.4. Trên hình 3.3 là đồ thị sai số dòng điện I1 và sai số góc d1 ở những giá trị khác nhau của tải Z mắc trong mạch thứ cấp (trường hợp tải 1,8 ôm và 0.6 ôm) ở các chế độ dòng thứ cấp khác nhau và ở những đặc tính khác nhau của tải, ở đây trình bày 2 trường hợp điển hình khi cos j = 1 và cos j = 0,6. Hình 3.3 Sai số dòng và sai số góc của TI Tương tự như vậy đối với TU trên hình 3.4 là đồ thị sai số điện áp fu và sai số góc du ở những giá trị khác nhau của tải Y mắc trong mạch thứ cấp (trường hợp ở các giá trị của tải Y từ 0 đến 50VA) và ở những đặc tính khác nhau của tải, ở đây trình bày 3 trường hợp điển hình khi cos j = 1 , cos j = 0,8 và cos j = 0.5. Hình 3.4 Sai số điện áp và sai số góc của TU TI và TU được chế tạo thành hai loại chính với các chức năng khác nhau: - Loại dùng trong phòng thí nghiệm - Lọai lắp đặt tĩnh tại . Loại dùng trong phòng thí nghiệm thường có cấp chính xác cao và có nhiều hệ số biến đổi , chúng được dùng để thực hiện các phép đo đếm , thử nghiệm , ngòai ra còn dùng làm chuẩn để kiểm định các loại TI (TU) có cấp chính xác thấp hơn . Loại lắp đặt tĩnh tại thường có cấp chính xác thấp hơn , được sử dụng trong các tủ, bảng điện ở các trạm điện phục vụ cho khâu đo đếm ở các lộ nguồn tải điện và cấp điện cho các ngành kinh tế quốc dân . Riêng loại TI và TU dùng trong mạch đo lường cao thế thường có cấu tạo theo đặc thù riêng gồm có 2 cuộn thứ cấp : cuộn chính dùng cho mạch đo lường có cấp chính xác cao hơn nhưng công suất chịu tải (dung lượng ) nhỏ , còn cuộn phụ dùng cho mạch bảo vệ có cấp chính xác thấp hơn nhưng công suất chịu tải (dung lượng ) lại lớn hơn . 3.2. MÁY BIẾN DÒNG ĐO LƯỜNG 3.2.1 Máy biến dòng đo lường dùng trong phòng thí nghiệm được chế tạo theo dãy cấp chính xác 0,01, 0,02, 0,05, 0,1, 0,2. Trong điều kiện làm việc bình thường của máy và trong phạm vi thay đổi của dòng sơ cấp (I) từ 0 đến 120% dòng sơ cấp danh nghĩa In các thông số kỹ thuật của TI được quy định trong bảng 3.1 Bảng 3.1 Cấp chính xác TI I/In(%) Giới hạn sai số cho phép Tải ở mạch thứ cấp (%) Dòng điện (%) Góc (phút) cosj = 0,8L¸1 0,01 0-120 0,01 + 0,002(In/I - 1) 1 + 0,1(In/I - 1) 95-100 0,02 0-120 0,02 + 0,004(In/I -1) 1,5 + 0,15(In/I -1) 50-100 0,05 0-120 0,05 + 0,005(In/I- 1) 3 + 0,3(In/I-1) 50-100 0,1 0-120 0,1 + 0,02(In/I-1) 5 + 0,5(In/I-1) 25-100 0.2 0-120 0,2 + 0,04(In/I-1) 10 + 1(In/I-1) 25-100 TI dùng trong phòng thí nghiệm thường có nhiều hệ số biến đổi, người ta thực hiện bằng cách đơn giản là thay đổi số vòng dây cuộn sơ cấp. Loại TI này thường có nhiều giá trị dòng sơ cấp, những giá trị này được chọn trong dãy số từ 0,1 - 800 A và từ 1 - 60 KA. Giá trị dòng thứ cấp được định mức là 5A tuy nhiên cũng có một số loại được chế tạo ở các nước khác, cường độ dòng thứ cấp này là 1 hoặc 2A tần số 50 hoặc 60Hz. Tải của mạch thứ cấp hay còn gọi là dung lượng thường nằm trong giải: 2,5, 5, 10, 15VA. Điện áp danh định hay điện áp làm việc của TI là điện áp cuộn sơ cấp so với cuộn thứ cấp và vỏ do nhà máy chế tạo qui định cho từng loại cụ thể và những giá trị điện áp này nằm trong giới hạn: 0,66, 3, 10, 35KV 3.2.2 Máy biến dòng đo lường lắp đặt tĩnh tại Theo TCVN 5928 - 1995 máy biến dòng (IEC 185 - 1986)TI có cấp chính xác: 0,1, 0,2, 0,5, 1, 3, 10 và 5P, 10P (loại cấp chính xác ký hiệu 5P, 10P chỉ dùng cho mạch bảo vệ). Cường độ dòng sơ cấp nằm trong dãy số từ 1 đến 40.000A, cường độ dòng thứ cấp là 5A hoặc 1 và 2A. Tải mạch thứ cấp nằm trong dãy số: 2.5, 5, 10, 15, 30VA, ngoài ra còn có loại TI được chế tạo với tải mạch thứ cấp nằm trong dãy số (40), (50), (60), (75), (100)VA ở hệ số công suất cos j = 0,8.(Số trong ngoặc là những giá trị tải mang tính điện cảm). TI tĩnh tại thường được chế tạo với một hệ số biến đổi làm việc ở tần số 50 hoặc 60Hz. Người ta thường phân biệt TI cao thế và TI hạ thế mà điểm khác nhau cơ bản là độ cách điện giữa các cuộn dây với nhau và với vỏ máy và điện áp danh định của máy. Giá trị điện áp này nằm trong dãy số từ 0,66 đến 750KV. Các thông số kỹ thuật qui định trong bảng 3.2 Bảng 3.2 Cấp chính xác TI (%) Giới hạn sai số cho phép Tải mạch thứ cấp (%) Dòng điện Góc cos j = 0,8L-1 % Phút Radian 0,1 10 20 100 - 120 ±0,25 ±0,2 ±0,1 ±10 ±8 ±5 ±0,30 ±0,24 ±0,15 25-100 0,2 10 20 100 - 120 ±0,50 ±0,35 ±0,2 ±20 ±15 ±100 ±0,60 ±0,45 ±0,3 25-100 0,2S 1 5 20 100 120 ±0,75 ±0,4 ±0,2 ±0,2 ±0,2 ±30 ±15 ±10 ±10 ±10 ±0,9 ±0,45 ±0,3 ±0,3 ±0,3 25-100 0,5 10 20 100 - 120 ±1,0 ±0,75 ±0,5 ±60 ±45 ±30 ±1,8 ±1,35 ±0,9 25-100 0,5s 1 5 20 100 120 ±1,5 ±0,75 ±0,5 ±0,5 ±0,5 ±90 ±45 ±30 ±30 ±30 ±2,7 ±1,35 ±0,9 ±0,9 ±0.9 25-100 1 10 20 100 - 120 ±2 ±1,5 ±1 ±120 ±90 ±60 ±3,6 ±2,7 ±1,8 25-100 3 50 - 120 ±3 Không qui định 50 - 100 5 50 - 120 ±5 Không qui định 50 - 100 5P 100 ±1(5) ±60 ±1,8 100 10P 100 ±3(10) Không qui định 100 Chú thích : - Loại TI có cấp chính xác ký hiệu 0,2S và 0,5S là loại đặc biệt có dòng thứ cấp 5A dùng trong mạch đo đếm điện năng . - Đối với loại TI có cấp chính xác ký hiệu 5P và 10P , số trong ngoặc là sai số hỗn hợp ở giới hạn dòng điện sơ cấp . Không phân biệt TI cao thế hay TI hạ thế, khi kiểm định đều theo những quy định nêu ở bảng trên , ngoài ra cần đặc biệt chú ý đối với TI cao thế là điện trở cách điện và độ bền cách điện giữa cuộn sơ cấp với cuộn thứ cấp và giữa cuộn sơ cấp với vỏ A A A A I2A I2B I2C I2N I1C I1A I1B I1N * * * A A A I2A I2C I2B=I2A+I2C I1C I1A I1B * * Sơ đồ đấu TI hình sao đủ Sơ đồ đấu TI hình sao thiếu 3.3. MÁY BIẾN ÁP ĐO LƯỜNG 3.3.1. Máy biến áp đo lường dùng trong phòng thí nghiệm : Làm việc ở lưới điện có tần số từ 25 đến 1.000 Hz. Điện áp cuộn sơ cấp nằm trong dãy số từ 220V đến 35kV . Điện áp cuộn thứ cấp thường được tiêu chuẩn hóa với những giá trị sau : 100V,100/3V, 150V. Ngoài ra còn có những TU được chế tạo với diện áp thứ cấp danh định là 110V , 120V, hoặc 115V. Công suất tải danh định cuộn thứ cấp Pn quy định ở những giá trị 5,10,15,25VA ở hệ số công suất từ 0,8 đến 1,0 . Trong phạm vi thay đổi điện áp cuộn sơ cấp (U) từ 0 đến 100% so với điện áp sơ cấp danh định (Un), giới hạn sai số cho phép của hai thành phần sai số về điện áp và góc được quy định ở bảng 3.3. Bảng 3.3. CẤP CHÍNH XÁC GIỚI HẠN SAI SỐ CHO PHÉP CÔNG SUẤT TẢI MẠCH THỨ CẤP(%) TU ĐIỆN ÁP (%) GÓC (PHÚT) cosj=0,8L 0,05 ±0,05 ±3 5 đến 10 (cosj=1) 25 ¸100 0,1 ±0,1 ±5 25 ¸100 0,2 ±0,2 ±10 25 ¸100 Máy biến áp dùng trong phòng thí nghiệm cũng có nhiều hệ số biến đổi và có từ một hoặc một vài giá trị điện áp thứ cấp danh định do nhà máy chế tạo thiết kế tùy theo sơ đồ đấu dây và được quy định cụ thể trong thuyết minh kỹ thuật của từng loại máy . 3.3.2. Máy biến áp đo lường lắp đặt tĩnh tại - theo TCVN6097 -1996 (Máy biến điện áp) (IEC 186- 1987) Đặc tính kỹ thuật của TU quy định như sau : Làm việc ở lưới điện có tần số 50,60Hz Điện áp sơ cấp danh định nằm trong giải từ 0,38 đến 750kV. Điện áp thứ cấp danh định thường theo quy định ở nhữnggiá trị sau (tùy thuộc vào thực tế nơi sử dụng ): - 100V đối với những TU một pha mắc ở điện áp dây - 100/ V đối với những TU một pha mắc ở điện áp pha Tương tự như vậy còn có các giá trị điện áp thứ cấp danh định . - 110V, 110/3 và 110/ V - 115V, 115/3 và 115/ V - 120V, 120/3 và 120/ V - 200V, 220/3 và 200/ V - 220V, 220/3 và 220/ V Về mặt cấu tạo , TU có hai loại : một pha và 3 pha . Riêng loại 3 pha được phân biệt loại 3 pha 2 cuộn dây với 1 cuộn thứ cấp và loại 3 pha 3 cuộn dây với 2 cuộn thứ cấp trong đó có một cuộn chính và một cuộn phụ . Công suất danh định của tải mạch thứ cấp quy định nằm trong dãy số : (10), 15, (25), 30, (50), 75, (100), 150, (200), 300, 400, (500)VA. Số trong ngoặc là những giá trị ưu tiên. TU thường có những cấp chính xác 0,1, 0,2, 0,5, 1và 3.Riêng loại máy biến áp đo lường dùng ở chức năng mạch rơle bảo vệ còn có ký hiệu cấp chính xác 3P và 6P. Trong điều kiện làm việc bình thường của máy biến áp đo lường , khi giá trị điện áp sơ cấp thay đổi trong phạm vi từ 0,8 đến 1,2 lần so với điện áp sơ cấp danh định (đối với TU dùng trong mạch đo lường ) và từ 0,02 hoặc 0,05 đến 1,2, 1,5 hoặc 1,9 lần so với điện áp sơ cấp danh định (đối với TU dùng trong bảo vệ ) giới hạn sai số cho phép được quy định ở bảng 3.4 . Bảng 3.4. CẤP CHÍNH XÁC GIỚI HẠN SAI SỐ CHO PHÉP CÔNG SUẤT TẢI MẠCH THỨ CẤP (%) cosj=0,8L ĐIỆN ÁP (%) GÓC (PHÚT) GÓC (RADIAN) 0,1 0,2 0,5 1,0 ±0,1 ±0,2 ±0,5 ±1,0 ±5 ±10 ±20 ±40 ±0,15 ±0,3 ±0,6 ±0,12 25 ¸ 100 25 ¸ 100 25 ¸ 100 25 ¸ 100 3,0 ±3,0 Không qui định 25 ¸ 100 3P 6P ±3,0 ±6,0 ±120 ±140 ±3,5 ±7,0 25 ¸ 100 25 ¸ 100 3.3.3 Sơ đồ đấu dây của biến điện áp: 1/ Ba biến điện áp một pha đấu Yo/Yo - 12 (Hình 3-5) A B C a b c a b c X Y Z x y z A B C Cuộn sơ đấu sao có điểm trung tính nối đất. Cuộn thứ cũng đấu sao có dây trung tính. Với sơ đồ này, ta có thể đo được điện áp pha và do đó cho phép kiểm tra được cách điện của lưới. 2/ Biến điện áp ba pha năm trụ đấu Yo/Yo/Dhở (hình 3-6) a b c ag xg a b c X Y Z x y z ag xg A B C Cuộn tam giác hở thứ cấp được quấn ở hai trụ phụ, khi có chạm đất một pha, từ thông ba pha mất cân bằng sẽ xuất hiện từ thông đi qua hai trụ phụ và cảm ứng ra sức điện động trong cuộn tam giác hở. 3/ Hai biến điện áp một pha đấu theo sơ đồ V/V (hình 3-5) Nếu không cần đo điện áp pha, người ta dùng TU 3 pha đấu theo sơ đồ V/V A B C a b c 3.4 CHỌN BIẾN ÁP ĐO LƯỜNG 3.4.1 Chọn biến điện áp: Biến điện áp được chọn theo các điều kiện sau đây: 1. Sơ đồ đấu dây và kiểu biến điện áp: Sơ đồ đấu dây và kiểu biến điện áp phải phù hợp với nhiệm vụ của nó. 2. Điều kiện về điện áp: Điện áp định mức của biến điện áp phải phù hợp với điện áp định mức của mạng 3. Cấp chính xác: cấp chính xác chọn phù hợp với nhiệm vụ của biến điện áp. 4. Công suất định mức: Tổng phụ tải nối vào biến điện áp S2 phải bé hơn hay bằng công suất định mức của biến điện áp với cấp chính xác đã chọn. S2 £ SđmBU Khi tính S2 có thể chỉ tính phụ tải các dụng cụ đo lường, không cần tính tổng trở dây dẫn vì ảnh hưởng của nó không đáng kể 5. Chọn dây dẫn nối giữa biến điện áp và dụng cụ đo lường: Tiết diện dây dẫn được chọn sao cho tổn thất điện áp trên nó không vượt quá 0,5% điện áp định mức thứ cấp khi có công tơ và 3% khi không có công tơ. Theo điều kiện sức bền cơ, tiết diện tối thiểu đối với đồng là 1,5 mm2, đối với nhôm là 2,5 mm2 3.4.2 Chọn biến dòng điên Biến dòng điện được chọn theo các điều kiện sau: Sơ đồ nối dây và kiểu máy: Sơ đồ nối dây có thể là đủ cả ba pha, hai pha hay một pha tùy thuộc vào nhiệm vụ của biến dòng. Kiểu biến dòng phụ thuộc vào vị trí của chúng. 2. Điện áp định mức: UđmBI ³ UđmHT Dòng điện định mức sơ cấp: IđmBI ³ IđmHT Cấp chính xác : cấp chính xác của biến dòng điện chọn phù hợp với yêu cầu của dụng cụ nối vào phía thứ cấp Phụ tải thứ cấp: Tương ứng với mỗi cấp chính xác, biến dòng có một phị tải định mức ZđmBI . Để đảm bảo độ chính xác yêu cầu, tổng phụ tải thứ cấp Z2 của nó (kể cả dây dẫn) không được vượt quá phụ tải định mức: Z2 = Zådc + Zdd £ ZđmBI Trong đó: Zådc : tổng phụ tải của dụng cụ đo Zdd : tổng trở của dây dẫn nối biến dòng với dụng cụ đo Trường hợp giới hạn ta có: ZđmBI - Zådc = Zdd » rdd = Suy ra tiết diên dây dẫn: Sdd ³ Ở đây: r- điện trở suất vật liệu dây dẫn ltt - Chiều dài tính toán của dây dẫn, phụ thuộc vào sơ đồ nối dây của biến dòng và chiều dài thực từ biến dòng điện đến dụng cụ đo lường l. Sơ đồì dùng 3 biến dòng trên 3 pha nối hình sao: ltt = l Sơ đồì dùng 2 biến dòng trên 2 pha : ltt = l Sơ đồì dùng 1 biến dòng trên 1 pha: ltt = 2l Theo độ bền cơ, tiết diện tối thiểu của dây dẫn không được nhỏ hơn 1,5mm2 đối với đồng và 2,5 mm2 đối với nhôm . 6. Kiểm tra ổn định động theo điều kiện: kdIđmSC ³ ixk Trong đo:ï Kd : bội số ổn định của biến dòng IđmSC: dòng định mức sơ cấp của biến dòng Riêng đối với biến dòng kiểu sứ đơ,î điều kiện ổn định động là: Fcp ³ Ftt Trong đó: Fcp : lực tác động cho phép lên các đầu sứ Ftt : lực tính toán đặt lên đầu sứ của biến dòng. 7.Kiểm tra ổn định nhiệt: (IđmSCknh.đm)2.tnh ³ BN Trong đó: knh.đm: bội số ổn định nhiệt định mức ứng với thời gian ổn định nhiệt tnh Đối với biến dòng có IđmSC trên 1000A thì không cần phải kiểm tra ổn định nhiệt. Ví dụ: Chọn máy biến áp đo lường cho mạch máy phát có Uđm = 10,5 kV, Icb = 3610A. 1.Chọn biến điện áp: Dụng cụ đo phía thứ cấp là công tơ nên dùng 2 biến điện áp 1 pha nối dây theo V/V loại HOM-10. Biến điện áp có UđmSC = 10 kV. Chọn biến điện áp có cấp chính xác 0,5 vì cấp điện cho công tơ. Phụ tải của biến điện áp: Phân bố các đồng hồ đo lường phía thứ cấp đồng đều cho hai biến điện áp như trên hình 3-7î tương ứng với bảng dưới đây. Tên đồng hồ Ký hiệu Phụ tải biến điện áp AB Phụ tải biến điện áp BC W VAR W VAR Vôn kế Oát kế Oát kế phản kháng Oát kế tự ghi Tần số kế Công tơ Công tơ phản kháng Tổng B-2 341 342/1 33 340 670 WT-672 7,2 1,8 1,8 8,3 0,66 0,66 20,4 1,62 1,62 3,24 1,8 1,8 8,3 6,5 0,66 0,66 19,72 1,62 1,62 3,24 Phụ tải biến điện áp BC: S2 = = 19,9 VA Cosj = = 0,99 Phụ tải biến điện áp AB: S2 = = 20,7 VA Cosj = = 0,98 Vậy chọn 2 biến điện áp một pha HOM-10, mỗi cái có công suất định mức 50VA Chọn dây dẫn nối từ biến điện áp đến các đồng hồ đo. Xác định dòng trong các dây dẫn a,b,c. Ia = = = 0,207A Ic = = = 0,199A Để đơn giản coi Ia = Ic = 0,2 A và cosjtb = 1, như vậy dòng Ib = 0,2 = 0,34 Điện áp giáng trên dây a và b bằng: DU = (Ia + Ic)r = (Ia + Ic) Giả sử khoảng cách từ biến điện áp đến các đồng hồ là 50m. Để đơn giản bỏ qua góc lệch giữa Ia và Ib . Vì ở đây có công tơ, nên DU = 0,5%. Vậy tiết diện của dây dẫn là: S ³ = = 0,945mm2 Theo yêu cầu độ bền cơ chọn dây dẫn đồng tiết diện 1,5mm2. 2. Chọn biến dòng điện Biến dòng điện trên cả 3 pha, mắc hình sao. Chọn biến dòng điện kiểu thanh dẫn có: UđmBI = 10 kV, IđmSC = 4000A Cấp chính xác: Vì có công tơ chọn cấp chính xác 0,5. Với cấp chính xác này biến dòng điện có zđmBI = 1,2 ôm. Công suất tiêu thụ của các cuộn dòng của các đồng hồ đo lường cho trong bảng sau. Pha A và C mang tải nhiều nhất S = 26 VA. Tổng trở các dụng cụ đo mắc vào pha A (hay pha C) là: ZåA = = = 1,04 ôm Tên đồng hồ Phụ tải (VA) Pha A Pha B Pha C Ampe kế Oát kế Oát kế phản kháng Oát kế tự ghi Công tơ tác dụng Công tơ phản kháng 1 5 5 10 2,5 2,5 1 0 0 0 0 5 1 5 5 10 2,5 2,5 Tổng 26 6 26 Chọn dây dẫn bằng đồng và giả sử chiều dài từ biến dòng điện đến các đồng hồ đo l= 30m. Trong trường hợp có biến dòng cả 3 pha: ltt = l = 30m Tiết diện của dây dẫn là: S ³ = = 3,27mm2 Chọn dây dẫn bằng đồng có tiết diện S = 4mm2 e.Biến dòng điện kiểu này không cần kiểm tra ổn định dòng vì nó quyết định bởi điều kiện ổn định động của thanh dẫn mạch máy phát f.Biến dòng điện kiểu này không cần kiểm tra ổn định nhiệt vì nó có dòng định mức trên 1000A. 3.5 MẠCH ĐO LƯỜNG 3.5.Tổng quát Mạch đo lường là một trong 3 yếu tố quyết định đảm bảo cho khâu đo đếm điện năng đúng đắn và chính xác Thông thường ở những điểm đo phía hạ thế ( sau các máy biến áp điện lực) người ta ít sử dụng cac thiết bị phụ , nếu có , chủ yếu là các máy biến dòng đo lường. Ở đây mạch đo lường đơn giản, dễ kiểm tra và phát hiện sai xót do đó ít bị nhầm lẩn. Việc kiểm tra ở đây chủ yếu là thứ tự pha điện áp đưa vào các phần tử của công tơ đo đếm điện năng , nếu thứ trự pha sai có thể sai số phụ đến ±1,5% . Khi kiểm tra cần chú ý đến cực tính của TI và các cực điểm đấu , điểm tiếp xúc ở các đầu nối, nếu điểm đấu có tiếp xúc kém có thể dẩn đến hở mạch TI gây cháy và chập mạch đo lường . Ở những điểm đo đặt ở phía cao thế (trên 1kV) , người ta thường sử dụng nhiều thiết bị phụ là các TI và TU cao thế thường đặt ở ngoài trạm , ở cách xa các tủ , bảng điện nơi có lắp đặt công tơ các loại đồng hồ đo điện và các loại mạch bảo vệ . Mạch điện ở đây rất phức tạp , dễø có những sai sót nhầm lẫn trong mạch đấu dây , ngoài ra phải đảm bảo cấp điện liên tục , các thiết bị luôn ở trạng thái vận hành nên khó tiếp cận mạch sơ cấp của các TI và TU . 3.5.2 Cực tính của TI và ÌTU trong mạch đo lường Như đã đề cập ở trên , TI và TU được sử dụng để mở rộng phạm vi đo cho các phương tiện đo . Ngoài những chỉ tiêu như : giới hạn đo, tỉ lệ biến đổi, công suất chiụ tải và các thành phầìn sai số vv... khi đấu TI và TU trong mạch đo lường thì điều phải quan tâm hàng đầu đó là cực tính của các cuộn dây . Điều này có ý nghĩa rất quan trọng khi đấu TI và TU với các loại công tơ đo điện năng tác dụng và phản kháng . Trên các cuộn dây sơ cấp và thứ cấp của TI và TU bao giờ cũng có ký hiệu quy định cực tính . Cực tính của TI và TU là những đầu cực đầu tiên , xuất phát từ đó cuộn dây được cuốn theo một hướng nhất định trên lõi sắt từ . Nếu đấu đúng cực tính quy định thì khi đấu cực đầu của cuộn sơ cấp vào nguồn phát và cực cuối đến phụ tải thì hướng của dòng điện ở mạch thứ cấp - mạch ngoài TI ( dòng điện qua tải Rn- Xem hình 3.8) sẽ cùng hướng với dòng điện trong mạch sơ cấp . Điều đó có nghĩa là dòng sơ cấp I1 và dòng thứ cấp I2 trùng pha , sai số góc pha được loại trừ (không tính đến sai số góc của chính TI gây ra ) . Trong lĩnh vực điện xoay chiều , khái niệm hướng của dòng điện chỉ là khái niệm tượng trưng, nó xác định hướng truyền tải điện năng . Để hiểu rỏ thêm, ta xem xét các đồ thị vectơ trên hình 3.8 . Nếu chỉ thay đổi đầu dấu dây ở cuộn thứ cấp ( hình 3.8c) hoặc ở cuộn sơ cấp ( hình 3.8e) sẽ làm thay đổi hướng của dòng thứ cấp so với hướng của dòng sơ cấp . Trong trường hợp này, góc lệch pha của dòng thứ cấp sẽ quay 1800 so với hướng ban đầu .Nếu ta thay đổi cùng một lúc đầu đấu dây ở cả hai cuộn sơ và thứ cấp thì hướng của dòng điện và góc lệch pha của dòng thứ cấp vẫn không thay đổi (hình 3.8g). Cũng tương tự như vậy khi thay đổi các đầu cực tính của TU (hình 3.8b,d,f,h) . Cần lưu ý rằng các ký hiệu đầu và cuối cực tính chỉ mang ý nghĩa quy ước tượng trưng. Điều quan trọng và cần nắm vững đâu là những đầu cực có cùng cực tính của cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp . Từ đó sẽ có cách đấu đúng trong mạch đo lường . Trên hình 3.8b,h và cả hai phương án đấu TU trên hình 3.8k đều đúng cả . Trên đây là những cơ sở giúp chúng ta đấu đúng mạch đo lường đặc biệt ở những điểm đo phức tạp nơi có sử dụng phối hợp cả TI, TU và các loại công tơ điện vì việc đấu sai cực tính của TI,TU không thể phát hiện ra ngay bằng mắt thường khi công tơ đang vận hành trên lưới điện. Ngoài những điểm cần lưu ý đã trình bày ở trên , cần chú ý để : 1. Không nhầm lẫn giữa cuộn thứ cấp dùng cho mạch đo lường và cuộn thứ cấp dùng cho mạch bảo vệ của TI và TU . 2. Khi mới lắp đặt xong hoặc trong trường hợp có nghi ngờ về tải mạch thứ cấp, nên dùng các phương tiện đo điện trở ( cầu đo điện trở, ômmét vv...) để kiểm tra giá trị tổng trở tải của mạch thứ cấp. Hình 3.8 3.5.3 Phân tích mạch và sơ bộ kiểm tra mạch đo lường. Những nguồn cấp điện có điện áp trên 1000V thường là loại mạch 3pha 4 dây hoặc 3 pha 3 dây .Để đo điện năng tác dụng , người ta thường sử dụng loại công tơ 3 pha 3 phần tử hoặc 3 pha 2 phần tử . Ở đây chúng ta chỉ đềì cập đến những sơ đồ mạch đo lường phức tạp có thể có và phương pháp phát hiện các lỗi trong mạch đo lường loại 3 pha 3 dây . Trường hợp nêu dưới đây là tương đối phổ cập trong hệ thống đo đếm điện năng ở Việt Nam . Loại công tơ 3 pha hai phần tử thường có 7 đầu đấu dây , 4 đầu cho các mạch dòng điện và 3 đầu cho mạch điện áp . Nếu không kể đến trường hợp đấu nhầm lẫn TI Và TU và dây dẫn bị đứt thì chỉì nói riêng việc chuyển đổi của các tổ hợp dây dẫn đến 7 đầu đấu dây về mặt lý thuyết đã có 5040 sơ đồ dấu . Trong thực tiễn số sơ đồì đấu thực tế là có hạn nhưng cũng đạt đến con số hàng vài chục sơ đồ . Cũng cần chú ý rằng việc phát hiện sai sót trong sơ đồ đấu dây khi công tơ đang vận hành là điều rất khó khăn vì trong phần lớn các trường hợp đấu sai mạch đo lường thì dĩa công tơ vẫn quay và quay đúng hướng qui định , trong khi đó thì sai số phạm phải lại rất lớn , có khi tới hàng trăm phần trăm . Để đánh giá được số lượng các sơ đồ đấu có thể có , ta cho rằng các dây dẫn từ TI và TU đến công tơ đã xác định và các dây dẫn từ TU đến đúng các đầu đấu điện áp trên công tơ (cơ sở để có thể sơ bộ khắng định là dựa theo đồng hồ chỉ thị các điện áp từ TU ) và cũng loại trừ các trường hợp đấu sai các cuộn dây thứ cấp của TI hay nói cách khác là một phần tử đo trong công tơ chỉ đấu vào cuộn thứ cấp của 1 TI . Trên công tơ , 4 đầu đấu dây của mạch dòng được đấu đến 2 TI và 3 đầu đấu dây của mạch áp được đấu đến 2 TU ( đấu theo sơ đồ tam giác hở ) . Trong mạch dòng điện có thể có 8 tổ hợp đấu , được xác định theo số lần chuyển đổi 4 và 2 , cụ thể như sau . 1. VA - RA, VC - RC 1. VA - RA, RC - VC 1. RA - VA, VC - RC 1. RA - VA, RC - VC 1. VC - RC, VA - RA 1. VC - RC, RA - VA 1. RC - VC, VA - RA 1. RC - VC, RA - VA Ký hiệu : A và C chỉ pha của dòng điện V (Vào) ứng với đầu vào cực tính (* ) trên đầu cực tính của TI R (Ra) ứng với đầu ra trên đầu cực tính của TI Trong mạch điện áp có thể có 6 tổ hợp đấu dây : 3 khi thuận pha: A-B - C , B -C -A , C - A - B . và 3 khi ngược pha: A-C -B , C -B- A , B - A - C . Khi đấu TU xét về cực tính có 4 trường hợp đấu cuộn thứ cấp theo mối tương quan với cuộn sơ cấp ( xem hình 3.8 d,f,h ) Như vậy khi đấu công tơ với TI và TU số sơ đồ mạch đo lường có thể có là : 8 x 6 x 4 = 192 Để loại bỏ dần được những sơ đồ đấu mạch đo lường sai , bằng những dụng cụ đo đơn giản , chúng ta có thể loại bỏ những sai sót trước hết trong mạch điện áp Để làm được việc đó việc đầu tiên phải xác định được pha ở giữa là pha phải nối đất trong các cuộn thứ cấp của TU (để thống nhất , thường qui ước pha B và cần lưu ý thêm là chỉ áp dụng khi đấu TU theo sơ đồì tam giác hở ) . Ta dùng vôn mét có thang đo từ 100 - 250 V, một đầu đấu vào điểm tiếp đất (vỏ của tủ , bảng điện ), đầu kìa lần lượt đo điện áp trên các trên các đầu dấu dây điện áp của công tơ , được dẫn từ các cuộn thứ cấp của TU đến . Điện áp của dây tiếp đất nối với võ phải bằng không , dây này được nối với đầu đấu dây của pha B trên công tơ . Sau khi xác định được pha giữa của mạch điện áp, số sơ đồ đấu có thể có sẽ giảm xuống còn 8 x 2 x 4 = 64, trong số này có 32 sơ đồ theo chiều thuận thứ tự pha A - B - C và 32 sơ đồ theo chiều ngược thứ tự pha C- B -A . Tổng hợp toàn bộ sơ đồ mạch đo lường có thể có khi đấu công tơ trong trường hợp thuận thứ tự pha và đồì thị véc tơ của chúng được trình bày trên các hình từ 8.1 - 8.8 (để tiện cho việc trình bày trên hình vẽ và tránh nhầm lẫn ta qui ước A-B-C bằng 1-2-3 ) và: Cực tính của TI - Cuộn sơ cấp L1 đầu vào (*) - Luôn ở phía bên trái L2 đầu ra - Luôn ở phía bên phải - Cuộn thứ cấp I1 đầu vào (*) I2 đầu ra Cực tính của TU - Cuộn sơ cấp A - đầu vào (*) X - đầu ra - Cuộn thứ cấp a - đầu vào (*) x - đầu ra Cho rằng dòng điện và điện áp ở phụ tải ổn định và đối xứng , trên cơ sở đồ thị vectơ ta có hàm lượng giác ứng với góc lệch pha vào từng phần tử đo của từng sơ đồ đấu dây được trình bày trong bảng 8.1 (số thứ tự tương ứng với số sơ đồ ) . Chúng tỷ lệ thuận với mô men quay của đĩa công tơ . Trong 32 sơ đồ mạch đo lường có thể có theo chiều thuận, chỉ có 4 sơ đồ đúng , đó là các sơ đồ 8.1.1, 8.2.6 ,8.3.11 và 8.4.16. Tổng hợp 32 sơ đồ mạch đo lường theo chiều ngược thứ tự pha cũng tương tự như trên nếú thay đổi ký hiệu điện áp thành C - B - A ( từ trên xuống ) đồng thời thay đổi luôn cả ký hiệu ở các vec tơ điện áp từng cực. Tuy nhiên, 32 sơ đồ này chỉ đề cập để hiểu biết về lý thuyết, trong thực tế khi đấu mạch bằng cách dùng đồng hồ kiểm tra thứ tự pha ta dể dàng loại bỏ ngay được 32 sơ đồ sai này . Tiếp đến dùng vôn mét đo điện áp ở các đầu cực đấu dây điện áp :A-B,B-C,A-C. Nếu điện áp giữa các pha bằng nhau khoảng 100- 110 V thì từ những sơ đồ đã đề cập đến, ta loại bỏ tiếp được 16 sơ đồ có đảo cực tính của các TU ( đó là các sơ đồ ở hình 8.2 -5, 6, 7, 8, hình 8.3 -9, 10, 11, 12, 14, 8.6 -21, 22, 23, 24, hình 8.7 -25, 26, 27, 28) chi tiết cụ thể trình bày ở phía dưới ( hình 8.11a và b) Trên bảng 8.1 chỉú giá trị hàm lượng giác góc lệch pha của tải của các hình từ 8.1đến 8.8 (Để tiện cho khâu biến đổi ta sử dụng công thức cos ( α+ß) = cosα .cosß ± sinα.sinß ). Bảng 8.1 GIÁ TRỊ GÓC LỆCH PHA SỐ SƠ ĐỒ GIÁ TRỊ GÓC LỆCH PHA 1 Cos (300 +j ) + cos (300 - j ) = cosj 2 Cos (1500 - j ) + cos (300 - j ) = + sinj 3 Cos (300 +j ) + cos (1500 + j ) = -sinj 4 Cos (1500 - j ) + cos (1500 + j ) = - cosj 5 Cos (1500 - j ) + cos (300 - j ) = +sinj 6 Cos (300 +j ) + cos (300 - j ) = cosj 7 Cos (1500 -j ) + cos (1500 + j ) = - cosj 8 Cos (300 +j ) + cos (1500 + j ) = -sinj 9 Cos (300 +j ) + cos (1500 + j ) = -sinj 10 Cos (1500 - j ) + cos (1500 + j ) = - cosj 11 Cos (300 +j ) + cos (300 - j ) = cosj 12 Cos (1500 - j ) + cos (300 - j ) = +sinj 13 Cos (1500 - j ) + cos (1500 + j ) = - cosj 14 Cos (300 +j ) + cos (1500 + j ) = -sinj 15 Cos (1500 -j ) + cos (300 - j ) = +sinj 16 Cos (300 +j ) + cos (300 - j ) = cosj 17 Cos (900 +j ) + cos (900 - j ) = 0 18 Cos (900 - j ) + cos (900 - j ) = +sinj 19 Cos (900 +j ) + cos (900 + j ) = +sinj 20 Cos (900 -j ) + cos (900 + j ) = 0 21 Cos (900 +j ) + cos (900 + j ) = +sinj 22 Cos (900 - j ) + cos (900 + j ) = 0 23 Cos (900 +j ) + cos (900 - j ) = 0 24 Cos (900 -j ) + cos (900 - j ) = +2sinj 25 Cos (900 - j ) + cos (900 - j ) = +2sinj 26 Cos (900 - j ) + cos (900 + j ) = 0 27 Cos (900 - j ) + cos (900 + j ) = 0 28 Cos (900 + j ) + cos (900 + j ) = -2sinj 29 Cos (900 - j ) + cos (900 + j ) = 0 30 Cos (900 +j ) + cos (900 + j ) = -2sinj 31 Cos (900 - j ) + cos (900 - j ) = +2sinj 32 Cos (900 +j ) + cos (900 - j ) = 0 Thông thường khi có tải , đĩa công tơ quay theo chiều mũi tên quy ước trên mặt số công tơ , từ đây ta loại thêm 10 sơ đồ nữa là những sơ đồ tạo ra mô mem quay cực tính âm (trong trường hợp này đĩa công tơ sẽ quay ngược chiều quy ước ) và những sơ đồì không tạo ra mômem quay, hay nói cách khác là mômem quay được tạo ra bằng không (đĩa công tơ không quay ) đó là các sơ đồ 8.1 - 3,4 , 8.4 - 13 , 14 và 8.5 - 17, 19 ,20 và 8.8 - 29,30,32. Như vậy số sơ đồ có thể giẩm xuống 6. Đó là các sơ đồ 8.1- 1, 2 ; 8.4 -15, 16; 8.5 - 18 và 8.8 -31 . Trong số này chỉ có 2 sơ đồ đúng là 8.1-1 và 8.4 - 16. Để tiếp tục phân tích và kiểm tra sơ đồ mạch đấu , ta làm một phép chuyển đổi vị trí điện áp pha đầu và cuối công tơ ( pha A và C ) . Nếu sơ đồ nối đúng thì ở trạng thái cân bằng tải các pha , đĩa công tơ phải ngừng quay , phép chuyển đổi trên đây được minh họa trên hình 8.9 và ta tiến hành xây dựng đồ thị véctơ , ta thấy mô mem quay của phân tử đo thứ nhất tỷ lệ thuận với công suất : P1 = UCB IA cos (900 +j ) và của phần tử đo thứ hai : P2 = UAB ICcos (900 - j ) Khi cân bằng tải và điện áp pha đối xứng IA = IC = I và UAB = UBC = Ud Điều này có nghĩa các mômen quay bằng nhau và ngược chiều quay với nhau. Có thể tiến hành thêm một phép kiểm tra nữa mà không cần dụng cụ đo bằng cách đếm số vòng quay của đĩa công tơ trong một khoảng thời gian nhất định. Khoảng thời gian này được xác định bằng đồng hồ bấm giây hoặc đồng hồ đeo tay , còn số vòng quay tùy chọn nhưng là một số chẵn. Sau đó ngắt điện áp pha giữa (pha B - pha nối đất vào công tơ ) rồi tiếp tục đếm số vòng quay của đĩa công tơ trong cùng một khoảng thời gian như đã đếm ở trên . Khi điện áp pha đối xứng và không có dao động ở phụ tải, nếu sơ đồ mạch đấu đúng thì số vòng quay đếm được lần sau phải bằng một nửa so với lần trước . Phép kiểm tra trên đây được thể hiện qua đồ thị véc tơ trình bày hình 8.10. Hình 8-9 Kiểm tra mạch bằng cách đảo các pha điện áp vào đầu và cuối công tơ Hình 8-10 Kiểm tra mạch bằng cách ngắt điẹn áp pha giữa. Khi ngắt điện áp pha giữa ( pha B) , điện áp dây UAC đặt trên các cuộn dây điện áp trên cả hai phần tử đo, các cuộn dây này nối tiếp với nhau và mỗi cuộn gánh chịu một nửa điện áp dây . Từ đồ thị véc tơ , ta thấy mômen quay của các phần tử tỷ lệ thuận với công suất : P1 = 0,5 UAC IA cos ( 300 - j ) P2 = 0,5 UCA IC cos ( 300 +j ) Khi tải cân bằng , mômen quay tổng sẽ tỷ lệ thuận : P = 0,5 Ud I (cos300.cos j + sin 300. sinj + cos 300. cos j - sin300 . sinj ) = Như vậy trong trường hợp ngắt điện áp pha giữa ( pha B ) mômen quay tổng của công tơ sẽ chỉ bằng một nữa so với trường hợp bình thường ( pha B không bị ngắt) Khi đo điện áp trên các đầu đấu dây điện áp pha A,B,C của công tơ , nếu một điện áp , thông thường là giữa các pha đầu và cuối khoảng 173V (.100V) điều đó chứng tỏ một trong các TU có cực tính của cuộn thứ cấp không còn phù hợp với cực tính cuộn sơ cấp . Điều này cũng thấy rỏ qua đồ thị véc tơ trên hình 8.11- a và 8.11 -b. Sơ đồ mạch đấu công tơ của những trường hợp kiểu này được thể hiện trong các hình 8.2, 8.3,8.6và 8.7 , trong tất các những sơ đồ này chỉ có 2 sơ đồ đúng là 8.2 - 6 và 8.3 -11. Cho nên phải chú ý để thay đổi lại cực tính cuộn thứ cấp của các TU cho phù hợp cực tính các TI của sơ đồ mạch thực tế và phải kiểm tra lại toàn bộ mạch đo Hình 8-11 Đồ thị vec tơ điện áp đấu theo sơ đồ tam giác hở a. Đấu đúng cực tính b. Đảo cực tính ở một TU . Trên đây chúng ta đã khảo sát toàn bộ sơ đồ mạch đo lường có thể có trong thực tế .Đây là cơ sở để chúng ta so sánh , đối chiếu và sữa đổi lại cho đúng với mạch cơ bản trong quá trình đấu mạch và kiểm tra mạch . Đồng thời cũng là cơ sở giúp chúng ta tính toán những tổn thất trong qúa trình sử dụng công tơ mắc sai mạch đo lường . Nếu bằng những phương tiện đo đơn giản (đồng hồ chỉ thứ tự pha, Vôn mét, đồng hồ bấm giây ) và bằng những phương pháp đơn giản ( ngắt pha giữa , đảo pha đầu , cuối vv...) vẫn không khẳng định được mức độ đúng của mạch đo lường , đặt biệt ở những điểm đo có phụ tải ở các pha không cân bằng và biến động phức tạp , chúng ta phải sử dụng những phương tiện đo chuyên dùng để xây dựng được đồ thị véc tơ trực tiếp khi công tơ đang vận hành trên lưới điện . . XÂY DỰNG ĐỒ THỊ VÉCTƠ Xây dựng đồ thị véc tơ là phương pháp cơ bản để xác định mức độ đúng đắn của mạch đo lường từ TI , TU đến các phương tiện đo oátmét , cos jmét , công tơ đo điện năng tác dụng và phản kháng vv... Chúng ta có thể sử dụng một trong các phương tiện đo sau đây để xây dựng đồ thị véc tơ : - Hợp bộ đo lường VAF - 85M - Oátmét một pha hoặc đồng hồ đo góc lệch pha kiểu F - 5781 loại có 4 miền đo .Dưới đây sẽ trình bày các phương pháp xây dựng đồ thị véc tơ. 3.6.1 Dùng oát mét 1 pha hoặc cosj mét . Oát mét mắt trong mạch đo công suất ở phụ tải trình bày trên hình 8.12 . Nếu mắc mạch đúng , các đầu cực dòng và áp cùng cực tính của oát mét ( có đánh dấu * ) đều đấu vào phía nguồn cấp điện . Công suất đo được sẽ bằng : P = UI cosj Hình 8-12 Trong đó thành phần I.cosj là hình chiếu véc tơ dòng điện I trên véc tơ điện áp U Đối với các góc từ 900 đến -900 cosj sẽ dương và số chỉ của oát mét cũng dương . Điều đó đúng cho cả trường hợp phụ tải mang đặc tính điện cảm hoặc điện dung .Đối với các góc j = 900 và j = - 900 số chỉ của oát mét sẽ bằng không . Nếu góc j lớn hơn ± 900 thì cosj sẽ âm và chỉ số của oát mét sẽ âm ( kim chỉ của oát mét sẽ quay ngược chiều điểm 0 trên thang đo , sang bên trái ) trong trường hợp này , phải đổi lại cực tính của oat mét mới đọc được số chỉ . Nếu điện áp và dòng điện ổn định thì chỉ số của oát mét sẽ tỉ lệ thuận với giá trị của cosj của phụ tải hoặc hình chiếu của véc tơ dòng điện trên vec tơ điện áp . Số chỉ âm của oát mét tương ứng với trường hợp gía trị âm ( ngược chiều ) hình chiếu của véc tơ dòng điện hoặc qui đổi thành giá trị dương ( thuận chiều ) của hình chiếu véc tơ dòng điện nếu quay véc tơ này một góc 1800 . Căn cứ vào sự thay đổi chỉ thị của oát mét khi thay đổi góc lệch pha j ở chế độ dòng và điện áp ổn định , người ta đã đặt cơ sở cho phương pháp dùng oát mét để lấy đồ thị véc tơ , nhờ đó mà xác định vị trí véc tơ dòng điện ( pha của nó ) với véc tơ điện áp đã có . Hình 8-13 Sơ đồ đấu oátmet vào mạch để lấy đồ thị vectơ Để làm được điều này , trước hết dùng đồng hồ chỉ thứ tự pha xác định thứ tự pha trên các đầu dấu dây điện áp của công tơ . Sau đó đấu mạch điện theo sơ đồ hình 8.13 Khi đấu mạch cần chú ý đến cực tính của cuộn dây dòng điện và điện áp trên oát mét ( đầu vào có kí hiệu * ) phải phù hợp với đầu vào và đầu ra của từng phần tử đo trên công tơ và cực tính cuộn thứ cấp của TI , TU . Công tắt chuyển đổi cực tính của oát mét phải ở vị trí cực tính thuận (+) . Việc đấu oát mét vào mạch đo dòng điện thực hiện ngay trên các đầu kẹp dây có sẵn trong các tủ bảng điện mà không cần ngắt mạch thứ cấp của TI . Theo nguyên tắc cuộn dây dòng điện đấu nối tiếp và cuộn dây điện áp đấu song song theo đúng cực tính , lần lược đấu oát mét vào từng phần tử đo của công tơ . Trước hết đấu vào phần tử đo thứ nhất, sau khi đấu đúng cuộn dòng điện, cuộn điện áp của oát mét lần lực đấu vào các pha điện áp AB rồi BC trên các đầu đầu dây điện áp của công tơ . Như vậy ta đã đưa điện áp UAB UBC vào oátmét , và ghi nhận số chỉ của oát mét trong từng trường hợp . Xây dựng đồ thị véc tơ trên giấy kẽ li , với các vec tơ điện áp UA ,UB , UC , UAB ,UBC,UCA và các véc tơ điện áp ngược chiều UBA,UCB,UAC (theo hình 8.14) Trên các trục véc tơ điện áp tương ứng đã đưa vào oát mét với điểm gốc là điểm O của các trục và điểm cuối là các số chỉ của oát mét , ta có được hình chiếu của một véc tơ dòng điện trên các véc tơ điện áp tương ứng . Từ các điểm cuối ta kẽ những đường vuông góc với véc tơ điện áp . Điểm cắt của các đường thẳng vuông góc này sẽ xác định vị trí của véc tơ dòng điện . Ví dụ : Khi đấu oát mét vào phần tử đo thứ nhất của công tơ , với điện áp UAB số chỉ là 80 vạch chia với điện áp UBC số chỉ là 40 vạch chia . Ta lần lượt đặt đoạn oa ( 80 vạch ) trên véc tơ điện áp UAB và đặt đoạn ob ( 40 vạch ) trên véc tơ điện áp UBC. Điểm cắt của 2 đường thắng vuông góc kẻ từ những điểm cuối ( 80 vạch và 40 vạch ) sẽ xác định vị trí véc tơ dòng điện IA. Chúng ta làm thêm một phép kiểm tra nữa bằng cách đưa vào oát mét điện áp UCA , trong trường hợp này số chỉ của oátmet sẽ âm nên phải đảo công tắc chuyển cực tính từ (+) sang (-). Hoặc nếu không đảo công tắc, phải đảo lại đầu đấu dây điện áp vào oátmet, có nghĩa là ta đã chuyển điện áp UCA thành UAC . (Ghi nhận rằng trong trường hợp này số chỉ của oátmet sẽ âm nếu tính theo UCA và dương nếu tính theoUAC). Hình 8-14 Xây dựng đồ thị vec tơ theo số chỉ của oátmet Ví dụ oátmet chỉ 120 vạch, ta đặt tiếp đoạn oc (120 vạch) trên vectơ điện áp UAC . Đường thẳng vuông góc với vectơ UCA từ điểm cuối oc sẽ rơi đúng vào điểm cắt của hai đường thẳng vuông góc trước. Ở phần tử đo thứ nhất, dòng điện IA không đổi với điện áp UAB , trên đồ thị vectơ ta gắn liền vectơ IA với vectơ điện áp UAB và góc giữa các vectơ này phải là a = 300 + j. Tiếp đến ta đấu oátmet vào phần tử đo thứ hai của công tơ và làm tương tự như trên, ta sẽ xác định được góc pha của dòng điện IC với điện áp UCB . So sánh đồ thị vectơ nhận được với các đồ thị vectơ nêu trên các hình từ 8.1 đến 8.8. Sơ đồ mạch đấu công tơ sẽ đúng nếu đồ thị vectơ phù hợp với 1 trong các sơ đồ hình 8.1-1, hình 8.2-6, hình 8.3-11 hoặc hình 8.4-16. Nếu không phù hợp trên cơ sở phân tích mạch, dựa vào đồ thị vectơ nhân được và đối chiếu với những đồ thị vectơ trên các hình từ 8.1 đến 8.8 để tìm ra chỗ sai sót rồi khôi phục mạch lại cho đúng. 3.6.2 Dùng hợp bộ đo lường BAf - 85 hoặc 4303 Đây là phương tiện đo chuyên dùng để lấy đồ thị vectơ trực tiếp trên công tơ đang vận hành mà không cần ngắt mạch điện. Thao tác đôn giản và nhanh. Nếu sử dụng BAf-85 , trước hết phải xác định điểm gốc o của trục tọa độ lấy đồ thị vectơ bằng cách đưa cùng một điện áp, có cùng cực tính, rồi điều chỉnh và đặt điểm 0 ở đĩa chia độ ứng với vị trí 0 của kim chỉ thị. Tiếp đến phải xác định thứ tự pha của điện áp đưa vào công tơ, rồi sau đó dùng kìm đo dòng điện đi kèm để xác định vị trí của vectơ dòng điện của từng phần tử đo tương ứng với vectơ điện áp UAB. Căn cứ theo số chỉ và miền đặc tính L,C, ta sẽ xây dựng được đồ thị vectơ. Ví dụ 1. Tải mang tính điện cảm (hình 8-15a) Ia (5A) 450L Ib (4A) 1650L Ic (5A) 750C Hình 8-15a Ví dụ 2: tải mang tính điện dung (Hình 8-15b) Ia (5A) 200C Ib (4A) 1000L Ic (5A) 1400C Hình 8-15b 3.6.3 Các trường hợp đặc biệt. Như đã đề cập ở trên, nếu sơ đồ mạch đo lường sai sẽ dẫn đến hậu quả là ở một số trường hợp mômen quay sẽ âm và đĩa công tơ sẽ quay ngược chiều qui định. Ở đây chúng ta xét đến trường hợp rất ít xảy ra nhưng có trong thực tê đó là sơ đồ mạch đúng nhưng đĩa công tơ vẫn quay ngược chiều qui định. Đối với công tơ 3 pha đo điện năng tác dụng, hướng quay của đĩa công tơ được xác định bởi thành phần góc lệch pha (cosj) ở các phụ tải. Trong giới hạn thay đổi góc lệch pha từ 900 đến - 900 cosj sẽ dương, chiều quay của đĩa công tơ đúng hướng qui định và không thay đổi hướng cho dù có sự thay đổi đặc tính của tải từ hoàn toàn mang tính điện cảm sang hoàn toàn mang tính điện dung. Giá trị âm của cosj, tức là khi j ³ ± 900 tương ứng với sự chuyển đổi hướng truyền điện năng. Do vậy đối với công tơ 3 pha đo điện năng tác dụng, trường hợp đĩa công tơ quay ngược chỉ có khi có sự chuyển đổi hướng truyền điện năng Đối với các hộ sử dụng không có nguồn phát phụ, trường hợp này được loại trừ. Sự thay đổi hướng truyền tải điện năngvẫn có ở những hệ thống mạng lưới truyền tải điện khi được liên kết bởi nhiều nguồn cấp điện. Khi có sự thay đổi nguồn cấp điện năng hoặc khi có sự cố dẫn đến trường hợp phải đổi nguồn cấp điện ở những hệ thống mạng kiểu liên kết này (ví dụ ở điểm đầu nguồn ranh giới giữa các điện lực hoặc giữa các chi nhánh), người ta đều dự phòng việc cấp điện theo hai hướng để phục vụ cho việc đo đếm chính xác. Ở đó phải lắp đặt hai công tơ có bộ phận chống quay ngược để đo đếm được riêng rẽ lượng điện năng từ mỗi hướng. Đối với công tơ đo đếm điện năng ở mạng lưới điện 3 pha 3 dây, hiện tượng đĩa công tơ quay ngược khi hướng truyền điện năng vẫn đúng, chỉ có thể xảy ra trong trường hợp cosj ở phụ tải nhỏ hơn 0,5, đồng thời với việc đứt mạch điện áp vượt pha UBC ( thep thứ tự A, B, C) ví dụ cháy cầu chì ở TU hoặc tải chỉ có ở pha điện áp UAB và cosj lại nhỏ hơn 0,5. Từ đồ thị vectơ hình 8-16 ta thấy rằng góc lệch pha a giữa vectơ điện áp UAB và dòng điện IA của phần tử đo chậm pha sẽ lớn hơn 900, cosj sẽ bị âm. Đối với công tơ đo điện năng tác dụng ở mạch 3 pha 4 dây trường hợp này được loại trừ. Đối với những công tơ đo điện năng phản kháng, hướng quay của đĩa công tơ phụ thuộc vào dấu sinj ở tải vì khi góc lệch pha thay đổi từ +900 đến - 900 dấu của sinj sẽ từ dương (+) sang âm (-), nên khi đặc tính của tải thay đổi từ điện cảm sang điện dung thì hướng quay của đĩa công tơ sẽ thay đổi theo hướng ngược lại. Hình 8-16 Đồ thị vectơ của trường hợp tải chỉ có 1 pha, cosj nhỏ hơn 0,5 (đĩa công tơ quay ngược) Vì vậy ở những nơi có lắp đặt công tơ đo điện năng phản kháng đặc biệt đối với các hộ tiêu thụ điện có lắp đặt tụ bù cosj (những nơi không có mạch tự động bu, phải thao tác bằng tay) thì các công tơ đo điện năng phản kháng phải có bộ phận chống quay ngược, bởi lẽ trong thời điểm thấp (đêm khuya) khi không có tải, hệ thống tụ bù điện cảm sẽ vượt quá lượng bù cần thiết nên tải sẽ mang tính điện dung do vậy đĩa công tơ sẽ bắt đầu quay theo hướng ngược chiều. Khi góc lệch pha thay đổi từ 0 đến 1800, sinj sẽ dương nên khi thay đổi hướng truyền tải điện năng, ở phụ tải mang tính điện cảm, hướng quay của đĩa công tơ đo điện năng phản kháng vẫn không thay đổi.