Bài giảng Bảo vệ rơle và tự động hóa - Chương 4: Mạch tương đương và thông số của các phần tử trong hệ thống điện

page 1/xx
©
D
e
p
a
rt
m
e
n
t 
o
f 
P
o
w
e
r 
S
y
s
te
m
s
BẢO VỆ RELAY
MẠCH TƯƠNG ĐƯƠNG VÀ THÔNG SỐ CỦA 
CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN
1. Giới thiệu
2. Máy điện đồng bộ
3. Phản ứng phần ứng
4. Lý thuyết về ổn định
5. Rotor cực từ lồi
6. Phân tích quá độ
page 2/xx
©
D
e
p
a
rt
m
e
n
t 
o
f 
P
o
w
e
r 
S
y
s
te
m
s
1. GIỚI THIỆU
Máy điện đồng bộ, máy biến áp và đường dây truyền tải 
là các phần tử qua trọng nhất trong hệ thống điện.
Chủ động
• Thông số của các thiết bị phụ thuộc vào phản 
ứng để thay đổi phù hợp với điều kiện hệ 
thống.
Bị động
• Thông số các thiết bị không thay đổi sau khi sự
cố xảy ra.
page 3/xx
©
D
e
p
a
rt
m
e
n
t 
o
f 
P
o
w
e
r 
S
y
s
te
m
s
2. MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ
• Stator có 3 cuộn dây phân phối.
• Khe hở của stator được móc vòng bởi rotor, từ 
trường của tạo ra bởi dòng diện DC.
Event
page 4/xx
©
D
e
p
a
rt
m
e
n
t 
o
f 
P
o
w
e
r 
S
y
s
te
m
s
2. MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ
ROTOR CỰC 
TỪ LỒI
4 cực trở lên, 
các cực riêng lẻ
Phù hợp với tốc 
độ trung bình
ROTOR CỰC 
TỪ ẨN
2-4 cực, Các 
cuộn dây phân 
bố xung quanh 
chu vi của nó 
Rất bền và phù 
hợp với tốc độ 
cao
page 5/xx
©
D
e
p
a
rt
m
e
n
t 
o
f 
P
o
w
e
r 
S
y
s
te
m
s
2. MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ
page 6/xx
©
D
e
p
a
rt
m
e
n
t 
o
f 
P
o
w
e
r 
S
y
s
te
m
s
2. MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ
• Máy phát 2-4 cực thường được sử dụng cho turbine 
gas hay hơi nước bởi vì nó được thiết kế phù hợp với 
tốc độ quay cao.
Máy phát 2 
cực được
SIEMENS 
thiết kế để
sử dụng cho
turbine gas 
và hơi
page 7/xx
©
D
e
p
a
rt
m
e
n
t 
o
f 
P
o
w
e
r 
S
y
s
te
m
s
• Máy phát hơi nước 4 cực thường được sử dụng cho 
nhà máy điện hạt nhân vì thiết kế 2 cực không phù 
hợp.
• Máy phát động cơ diesel luôn có từ 4 cực trở lên. 
2. MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ
page 8/xx
©
D
e
p
a
rt
m
e
n
t 
o
f 
P
o
w
e
r 
S
y
s
te
m
s
3. PHẢN ỨNG PHẦN ỨNG
Event
Dòng điện ở stator
Sinh ra từ trường 
tương tác với từ 
trường phần cảm
Phản ứng phần ứng
page 9/xx
©
D
e
p
a
rt
m
e
n
t 
o
f 
P
o
w
e
r 
S
y
s
te
m
s
3. PHẢN ỨNG PHẦN ỨNG
Event
H
Ệ
 S
Ố
 C
Ô
N
G
 S
U
Ấ
T ĐƠN VỊ : Điện áp và dòng stator cùng pha
SỚM : dòng điện trong stator nhanh pha hơn 90o
so với điện áp
TRỄ : dòng điện trong stator chậm pha hơn 90o
so với điện áp
page 10/xx
©
D
e
p
a
rt
m
e
n
t 
o
f 
P
o
w
e
r 
S
y
s
te
m
s
3. PHẢN ỨNG PHẦN ỨNG
Từ thông phần cảm và từ thông phản ứng phần
ứng vuông góc với nhau.
Làm từ thông phần cảm thay đổi và ảnh hưởng
đến điện áp ra.
Từ thông phần cảm và từ thông phản ứng phần
ứng ngược hướng với nhau.
Làm giảm từ thông phần cảm và giảm điện áp ra.
Từ thông phần cảm và từ thông phản ứng phần
ứng cùng hướng với nhau.
Làm tăng từ thông phần cảm và tăng điện áp ra.
page 11/xx
©
D
e
p
a
rt
m
e
n
t 
o
f 
P
o
w
e
r 
S
y
s
te
m
s
4. LÝ THUYẾT VỀ ỔN ĐỊNH
Giả sử :
• Cuộn dây chưa bão hòa, khe hở không khí 
không thay đổi và các biến số là sóng sin. 
• Điện kháng của máy phát lớn hơn rất nhiều so 
với trở kháng, có thể bỏ qua.
• Ký hiệu : 
 ATe : điện áp do điện kích từ sinh ra
 Et : điện áp stator
 ATar : điện áp phản ứng phần ứng
page 12/xx
©
D
e
p
a
rt
m
e
n
t 
o
f 
P
o
w
e
r 
S
y
s
te
m
s
4. LÝ THUYẾT VỀ ỔN ĐỊNH
• Quay cuộn dây kích từ ATe điện áp Et ở stator
• Điện áp Et nhanh hơn dòng I góc 𝜑 và gây ra phản ứng
phần ứng m.m.f ATar
• ATf là kết quả của 2 vector ATe và ATar
page 13/xx
©
D
e
p
a
rt
m
e
n
t 
o
f 
P
o
w
e
r 
S
y
s
te
m
s
4. LÝ THUYẾT VỀ ỔN ĐỊNH
• ATar/ATe biểu diễn bởi điện
kháng gọi là “điện kháng
phản ứng phần ứng” - Xad
• ATf/ATe là điện áp hở mạch
kích từ, được xem là điện áp
nội tự phát của máy – E0 
• Điện kháng rò của cuộn dây
stator được gọi là XL (Xa).
• Xad và XL có thể tổng hợp 
thành Xd – điện kháng đồng 
bộ.
Event
page 14/xx
©
D
e
p
a
rt
m
e
n
t 
o
f 
P
o
w
e
r 
S
y
s
te
m
s
4. LÝ THUYẾT VỀ ỔN ĐỊNH
Công suất của máy đồng bộ : P = VIcos𝜑 = VEsin(𝛿)/Xd
Với : - XL (Xa) : điện kháng từ tản.
- Xad : điện kháng tượng trưng. 
Event
page 15/xx
©
D
e
p
a
rt
m
e
n
t 
o
f 
P
o
w
e
r 
S
y
s
te
m
s
5. ROTOR CỰC TỪ LỒI
• Ảnh hưởng của từ 
thông được tạo ra bởi 
phản ứng phần ứng 
M.N.F phụ thuộc vào 
vị trí bất kì.
• Sự khác biệt được 
xem xét bằng thuyết 
lý thuyết 2 trục dq. 
Trục dọc q và trục 
ngang q.
page 16/xx
©
D
e
p
a
rt
m
e
n
t 
o
f 
P
o
w
e
r 
S
y
s
te
m
s
5. ROTOR CỰC TỪ LỒI
• Điện kháng đồng bộ theo trục 
dọc là Xd=Xad+XL
• Điện kháng đồng bộ theo trục 
ngang Xq=Xaq+XL
• Có sự khác biệt nhỏ giữa E0 và 
𝐸0
′
• Lý thuyết này dùng để tính 
toán dòng kích từ nhưng 
không chính xác để xác định 
độ ổn định khi góc pha là vấn 
đề quan trọng.
page 17/xx
©
D
e
p
a
rt
m
e
n
t 
o
f 
P
o
w
e
r 
S
y
s
te
m
s
6. PHÂN TÍCH QUÁ ĐỘ
• Khi có sự cố hay chuyển mạch, xuất hiện một hệ số 
mới bên trong máy, được biểu diễn như 1 đặc tính đáp 
ứng của máy được yêu cầu.
• Xem xét một ngắn 
mạch đột ngột ba 
pha áp dụng cho một 
máy ban đầu hoạt 
động hở mạch và 
kích từ để điện áp 
bình thường E0
page 18/xx
©
D
e
p
a
rt
m
e
n
t 
o
f 
P
o
w
e
r 
S
y
s
te
m
s
6. PHÂN TÍCH QUÁ ĐỘ
Ngắn mạch
Phản ứng
phần ứng
M.N.F khử từ
Giảm từ
thông
Phản ứng phần ứng sẽ cân bằng với M.N.F, giảm từ thông 
qua khe hở không khí và nó sẽ gây ra 1 điện áp trên điện 
kháng từ tản stator.
Dòng sự cố I = E0/(XL+Xad) = E0/Xd
Dòng ổn định Id = Eg/Xd với Eg là điện áp khe hở không 
khí.
page 19/xx
©
D
e
p
a
rt
m
e
n
t 
o
f 
P
o
w
e
r 
S
y
s
te
m
s
6. PHÂN TÍCH QUÁ ĐỘ
Ngắn mạch từ thông stato thay đổi đột ngột 
cuộn kích từ sẽ có dòng cảm ứng tạo nên từ thông ngược 
hướng với từ thông stato, vì vậy có thể xem như một 
phần từ thông stato bị đẩy ra ngoài đi theo đường tản từ 
của cuộn kích từ có từ dẫn λ𝜎𝑓 (hình 5.6b)..
page 20/xx
©
D
e
p
a
rt
m
e
n
t 
o
f 
P
o
w
e
r 
S
y
s
te
m
s
Để thuận tiện cho phân tích, điện kháng quá độ 𝑋𝑑
′ được 
đưa ra. Và được xác định bằng biểu thức : 𝐼𝑑
′ = 𝐸0/𝑋𝑑
′
Với Xf là điện kháng từ tản của cuộn dây stator.
6. PHÂN TÍCH QUÁ ĐỘ
page 21/xx
©
D
e
p
a
rt
m
e
n
t 
o
f 
P
o
w
e
r 
S
y
s
te
m
s
• Các máy đồng bộ luôn có 1 cuộn cản dể duy trì tốc độ 
đồng bộ.
• Khi ngắn mạch xảy ra, cuộn cản sẽ chịu ảnh hưởng 
của từ thông tản và sinh ra dòng điện cảm ứng chống 
lại. Điện áp ngay lúc này nhỏ hơn điện áp hở mạch. 
• Điện kháng 𝑋𝑑
′′ - điện kháng siêu quá độ được đưa ra.
6. PHÂN TÍCH QUÁ ĐỘ
page 22/xx
©
D
e
p
a
rt
m
e
n
t 
o
f 
P
o
w
e
r 
S
y
s
te
m
s
6. PHÂN TÍCH QUÁ ĐỘ
page 23/xx
©
D
e
p
a
rt
m
e
n
t 
o
f 
P
o
w
e
r 
S
y
s
te
m
s
6. PHÂN TÍCH QUÁ ĐỘ
page 24/xx
©
D
e
p
a
rt
m
e
n
t 
o
f 
P
o
w
e
r 
S
y
s
te
m
s
THANKS FOR YOUR 
ATTENDTION