Bài tập lớn môn Bảo vệ rơle và tự động hóa - Chương 5: Máy biến áp và máy biến dòng

 cân nhắc bởi sự tiện lợi đạt được, rất thường xuyên nó được tìm thấy trong các bài toán thử nghiệm có thể thay bởi bởi các cách khác.
Các thiết bị biến đổi mới.
 Loại thiết bị biến đổi trước đó tất cả được dựa trên nguyên tắc điện từ bằng cách sử dụng một lõi từ. Bây giờ thì có một số phương pháp mới của việc chuyển đổi số lượng đo bằng phương pháp quang học.
 Bộ biến đổi dụng cụ quang học.
 Các tính năng chính của một bộ chuyển đổi quang học có thể được minh họa bằng sơ đồ chức năng như trong hình 
Sơ đồ chức năng của bộ chuyển đổi thiết bị quang học
 Bộ chuyển đổi quang học và kênh truyền sợi thủy tinh quang học thực hiện liên kết giữa các cảm biến và điện áp thấp ở đầu ra. Sự khác biệt cơ bản giữa một bộ biến đổi thiết bị quang và một dụng cụ biến áp thông thường là giao diện điện tử cần cho hoạt động của nó, cung cấp một tín hiệu điện năng thấp ( điện áp, dòng điện hoặc tín hiệu số) để kết nối đến các thiết bị bảo vệ. Loại hình giao diện này không nhạy cho đầu vào thông thường 1 hoặc 5A. Giao diện này cần thiết cho cả hai chức năng cảm ứng và thích nghi với các công nghệ cảm biến mới cho các đầu ra thứ cấp ở dòng điện thấp, điện áp thấp hoặc dạng truyền thông kỹ thuật số.
 Bộ biến đổi quang học phi tiêu chuẩn cung cấp nhỏ hơn, nhẹ hơn các thiết bị về kích thước và năng lượng của các đơn vị, không có ý nghĩa quan trọng nào trong quy mô và độ phức tạp của cảm biến. Kết cấu cách điện nhỏ và nhẹ này có thể thích hợp để thực hiện phù hợp với các thiết bị cảm biến quang học như một phần không thể thiếu của chất cách điện. Ngoài ra các hiệu ứng phi tuyến tính và các vấn đề nhiễu điện từ trong các hệ thống dây thứ cấp của máy biến áp và của máy biến dòng được giảm thiểu.
 Bộ biến đổi quang học có thể được tách ra thành hai loại: đầu tiên là bộ biến đổi hỗn hợp, sử dụng các kỹ thuật mạch điện thông thường được kết hợp với hệ thống chuyển đổi quang học khác nhau và thứ hai là bộ biến đổi ‘tất cả quang’ được dựa trên nguyên tắc cơ bản cảm biến quang học 
5.1.1. Khái niệm cảm biến quang học.
 Một số phương tiện truyền cảm biến quang học ( thủy tinh, tinh thể, nhựa) cho thấy sự nhạy cảm với điện trường và từ trường, một số đặc tính của một chùm ánh sáng có thể tìm được sự thay đổi khi đi qua chúng. Một mô tả đơn giản của đầu dò quang học được đưa ra ở đây trong hình 5.18
 Sơ đồ khái niệm cảm biến quang dựa trên sự biến đổi của điện trường và từ trường
 Xét trường hợp của một chùm ánh sáng đi qua một cặp bộ lọc phân cực. Nếu bộ lọc đầu vào và đầu ra phân cực có trục xoay 45o thì chỉ có một nửa ánh sáng sẽ đi qua. Cường độ tham chiếu ánh sáng đầu vào được duy trì không đổi theo thời gian.Bây giờ nếu hai bộ lọc phân cực vẫn cố định và một bộ lọc phân cực thứ ba được đặt ở giữa chúng, một vòng quay ngẫu nhiên của phân cực thứ ba này quay theo chiều kim đồng hồ hoặc ngược chiều kim đồng hồ sẽ được kiểm tra như điều biến cường độ ánh sáng hoặc sản lượng tại các máy dò ánh sáng .
 Khi một khối vật liệu cảm biến quang học ( thủy tinh hoặc pha lê) được đặt trong một từ trường hoặc điện trường khác nhau thì nó đóng vai trò phân cực ‘lẻ’.Những thay đổi trong từ trường hoặc điện trường ớ đó các cảm biến quang học được đặt để theo dõi cường độ khác nhau của chùm tia sáng thăm dò tại các máy dò ánh sáng.Cường độ ánh sáng đầu ra dao động quanh mức từ 0 đến bằng 50% của đầu vào ánh sáng chiếu.Điều chế này của cường độ ánh sáng do sự hiện diện của các lĩnh vực khác nhau được chuyển đổi để thay đổi thời gian dòng điện hoặc điện áp.
 Một bộ biến đổi sử dụng cảm biến hiệu ứng từ-quang cho các ứng dụng đo dòng biến đổi. Điều này phản ánh một thực tế là các cảm biến không phải về cơ bản nhạy cảm với một dòng điện nhưng mà nhạy đối với từ trường được tạo ra bởi dòng điện này.Mặc dù cách tiếp cận bằng cảm biến‘tất cả sợi’ có tính khả thi nhưng hầu hết trên thị trường các bộ cảm biến dòng quang học dựa trên một cảm biến hình khối bằng thủy tinh. Hầu hết các bộ biến đổi điện áp quang học dựa trên một cảm biến hiệu ứng quang điện. Điều này phản ánh một thực tế là các cảm biến được sử dụng là nhạy cảm với điện trường áp đặt.
5.1.2. Bộ biến đổi hỗn hợp.
 Các bộ biến đổi hỗn hợp có thể được chia thành hai loại: cảm biến tích cực và cảm biến thụ động. Đằng sau khái niệm một bộ chuyển đổi với hoạt động của bộ cảm biến là để thay đổi công suất hiện tại của thiết bị biến áp thông thường thành một thiết bị riêng biệt về phương diện quang học bằng cách thêm vào một hệ thống chuyển đổi quang (Hình 5.18). Hệ thống chuyển đổi này có thể đòi hỏi một nguồn cung cấp năng lượng của riêng nó: đây là loại cảm biến tích cực. Việc sử dụng một hệ thống riêng biệt về quang học dùng để loại bỏ công cụ đầu ra biến điện áp thứ cấp và dòng từ các liên kết nối đất. Vì vậy, liên kết duy nhất giữa bộ phận điều khiển và bộ phân làm việc là một sợi cáp quang.
 Một loại thiết bị biến đổi hỗn hợp được trang bị bằng việc thêm vào phương tiện cảm biến quang thụ động ‘nối cứng cuộn dây thứ cấp' dụng cụ máy biến áp. Điều này có thể được gọi là loại hỗn hợp thụ động vì không có nguồn cung cấp điện cần ở thứ cấp
5.1.3. Bộ biến đổi ”tất cả quang”.
 Những thiết bị biến đổi được dựa hoàn toàn trên chất liệu quang học và hoàn toàn thụ động. Các chức năng cảm biến được thực hiện trực tiếp bởi các vật liệu cảm biến và sợi cáp quang đơn giản chạy giữa vị trí cảm biến cung cấp các liên kết truyền thông.
 Các phần tử cảm biến được làm bằng một vật liệu quang được bố trí trong điện trường hoặc từ trường để được cảm nhận. Trong trường hợp của một thiết bị đo dòng điện các yếu tố cảm biến nằm tự do trong từ trường (Hình 5.19a) hoặc nó có thể được đặt trong khoảng cách của từ trường cảm biến (hình 5.19b). Trong trường hợp của một thiết bị cảm ứng điện áp (Hình 5.20) tồn tại trong thời gian do các yếu tố cảm biến với điện trường. Khả năng tồn tại của việc kết hợp hai bộ cảm biến duy nhất bên trong một nhà cung cấp CT và MÁY BIẾN ÁP là nhỏ gọn để làm phát sinh các khoản tiết kiệm không gian bên trong một trạm biến áp.
Cảm biến dòng quang học dựa vào tính chất từ của vật liệu quang (H 5.19)
Cảm biến điện áp quang dựa vào tính chất điện của vật liệu quang (H 5.20)
 Trong tất cả trường hợp có một sợi quang học khi kênh truyền ánh sáng chiếu thăm dò từ một nguồn vào môi trường và chất xơ khác mà kênh truyền ánh sáng phân tích mạch. Trái ngược hoàn toàn với một dụng cụ biến áp thông thường, các dụng cụ biến áp quang học cần một giao diện điện tử để hoạt động. Do đó nguyên tắc cảm biến của nó (các vật liệu quang học) là thụ động nhưng tính toàn vẹn của nó hoạt động dựa trên giao diện mà được cung cấp trong phòng điều khiển (hình 5.21)
 Tương tự như máy biến áp thông thường có những "bể sống 'và' bể chết’ biến đổi quang học. Thông thường, biến đổi dòng có hình dạng của một vòng khép kín của vật liệu nhẹ trong suốt, trang bị xung quanh một dây dẫn thẳng mang dòng hiện hành (Hình 5.22). Trong trường hợp một cảm biến dùng khối thủy tinh được miêu tả (hình 5.22a) cùng với một cảm biến 'tất cả-quang' ví dụ, thể hiện như trong hình 5.22b. 
 Máy dò ánh sáng về cơ bản là thiết bị rất nhạy và vật liệu cảm biến có thể được lựa chọn theo nhiều cách để tăng quy mô cho các dòng điện lớn hơn. Hai khái niệm sử dụng một cảm biến 'điện áp định mức' được hiển thị trong (hình 5.23)
 Mặc dù bộ biến đổi thiết bị 'tất cả-quang' lần đầu tiên được giới thiệu cách đây 10-15 năm nhưng vẫn còn chỉ một vài được đưa vào phục vụ ngày nay. Hình 5.24 cho thấy một lĩnh vực lắp đặt kết hợp quang CT / MÁY BIẾN ÁP
 Các hệ thống cảm biến khác.
 Có một số hệ thống cảm biến khác có thể được sử dụng.
5.2.1 Máy biến đổi dòng điện(hiệu ứng Hall).
 Trong trường hợp này, các phần tử cảm biến là một miếng bán dẫn được đặt trong khoảng cách của một vòng tập trung từ trường. Đây là loại biến áp cũng nhạy với dòng một chiều. Các bộ biến đổi đòi hỏi một nguồn cung cấp năng lượng mà nó nhận được từ dòng hoặc từ một nguồn cung cấp điện riêng biệt. Các cảm biến dòng thường là 0,1% so với dòng điện đo được. Trong dạng đơn giản nhất, hiệu điện thế Hall là tỷ lệ thuận với dòng từ đo được. Đối với các ứng dụng chính xác hơn và nhạy hơn, các cảm biến dòng điện đi qua một hay nhiều dây quấn quang học đặt xung quanh vòng từ tính để cân bằng khoảng cách từ trường. Đây là kiểu phép đo thông lượng bằng không hiện rất chính xác trong các ứng dụng tần số cao. Một biểu đồ của phần cảm biến được thể hiện trong hình
5.2.2. Hỗn hợp cảm biến từ-quang.
 Đây là loại máy biến đổi được sử dụng chủ yếu trong các ứng dụng mắc nối tiếp điện dung của đường dây truyền tải dài, trong đó cần thiết cho một số phép đo dòng điện. Trong trường hợp này, một số cảm biến dòng điện được gắn trên mỗi pha để bảo vệ tụ điện nhầm tăng sự cân bằng. Các giải pháp ưa thích là sử dụng máy biến áp lõi từ nhỏ kết nối với hệ thống cô lập sợi quang. Những cảm biến này thường là cảm biến tích cực có nghĩa rằng các hệ thống cô lập đòi hỏi một nguồn cung cấp năng lượng. Điều này được minh họa trong hình 
5.2.3. Cuộn dây Rogowski.
 Các cuộn dây Rogowski được dựa trên nguyên tắc của một máy biến dòng có lõi bằng một trở kháng tải rất cao. Các kểu quấn dây thứ cấp được quấn trên mặt hình tròn của vật liệu cách nhiệt. Trong hầu hết các trường hợp, các cuộn Rogowski sẽ được kết nối với một bộ khuếch đại để cung cấp đủ điện cho các thiết bị đo hoặc bảo vệ kết nối và để phù hợp với trở kháng đầu vào của thiết bị này. Các cuộn dây Rogowski yêu cầu tích hợp với từ trường và do đó có một thời gian và giai đoạn trễ trong khi tích hợp hoàn tất. Điều này có thể được sửa chữa trong vòng của một rơle bảo vệ kỹ thuật số. Các đại diện sơ đồ mạch của cảm biến cuộn Rogowski được thể hiện trong hình
Tài liệu tham khảo:
-”Network Protection & Automation Guide”-schneider electrics
-
-
-Power System Protection and Switchgear- Badri Ram,D. N. Vishwakarma- https://books.google.com.vn/books?id=QDdIonUD4xQC&pg=PA22&lpg=PA22&dq=Bushing+or+bar+primary+type&source=bl&ots=NOO13SOQp4&sig=DmX_eOe22lifAL1YfJQwKVvN32M&hl=vi&sa=X&redir_esc=y#v=onepage&q=Bushing%20or%20bar%20primary%20type&f=false
-