Bài giảng Máy biến điện áp

Nội dung text: Bài giảng Máy biến điện áp

1. Máy biến điện áp
2. * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* LỜI MỞ ĐẦU Máy biến điện áp (BU) là một bộ phận rất quan trọng trong hệ thống điện .Để vận hành hệ thống điện được an toàn ta cần phải đo lường và bảo vệ để biết được các thông số của nó rồi từ đó có phương pháp điều chỉnh hợp lý,cũng như tránh được thiệt hại khi có sự cố xẩy ra.Việc thực hiện đo điện áp xoay chiều với điện áp cao thì dụng cụ thông thường không thể đáp ứng được vì điện trở cách điện của thiết bị không cho phép,còn nếu thiết kế chế tạo thiết bị đo lường và bảo vệ với điện áp cao thì rất tốn kém và không an toàn cho người dùng.Vì vậy để đo lường và bảo vệ ở điện áp cao người ta phải dùng một thiết bị trung gian để giảm điện áp xuống thiết bị này được gọi là máy biến điện áp . Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật ,máy biến điện áp đã được cải tiến rất nhiều về kiểu loại ,kết cấu ,vật liệu chế tạo cũng như tính năng làm việc . Trong đề tài đồ án của em , em sẽ thiết kế máy biến điện áp một pha ngâm dầu, tiêu chuẩn IEC- 186 với các số liệu ban đầu : điện áp sơ cấp U1đm = 35/ 3 kv điện áp thứ cấp U2đm= 100/ 3 kv công suất định mức S2đm = 150 VA cấp chính xác 1 với điện áp thay đổi ( 0,8 ÷ 1,2)Uđm ,phụ tải ( 0,25 ÷ 1)Sđm , cosϕ = 0,8 Toàn bộ đồ án gồm có 4 chương : Chương I :phân tích chọn phương án ,tính chọn cách điện . Chương II : tính tóan điện từ máy biến điện áp Chương III: tính toán sai số máy biến điện áp và hiệu chỉnh sai số Chương IV: tính toán và thiết kế kết cấu Do trình độ và thời gian còn hạn chế nên đồ án của em không tránh khỏi những thiếu sót .Em rất mong được sự đóng góp ý kiến của thầy ,cô và của các bạn để đồ án của em hoàn chỉnh hơn . Qua đây em xin chân thành cảm ơn thầy Bùi Tín Hữu đã tận tình hướng dẫn em làm và hoàn thành đồ án ,và các thầy ,cô giáo đã day em trong 5 năm qua để em có kiến thức hoàn thành đồ án này . Em xin chân thành cảm ơn ! Sinh viên Vũ Huy Cường ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 1
3. * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* CHƯƠNG I PHÂN TÍCH CHỌN PHƯƠNG ÁN ,TÍNH CHỌN CÁCH ĐIỆN 1.1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP Hệ thống điện thường có điện áp cao nên khi đo lường và bảo vệ gặp rất nhiều khó khăn .Nếu ta thiết kế ,chế tạo thiết bị đo lường và bảo vệ với điện áp cao thi sẽ rất tốn kém và nguy hiểm cho người sử dụng .Vì vậy ta cần giảm điện áp xuống để dùng các thiết bị đo lường và bảo vệ thông thường ở điện áp thấp ,tiêu chuẩn,an toàn .Thiết bị dùng để giảm điện áp cao xuống điện áp thấp ,tiêu chuẩn được gọi là máy biến điện áp Máy biến điện áp là một loại khí cụ điện dùng để hạ điện áp cao xuống điện áp thấp tiêu chuẩn ,an toàn dùng cho đo lường và bảo vệ rơle. Trị số điện áp thứ cấp lấy theo tiêu chuẩn nhà nước .ở Liên xô Châu âu và là 100V hoặc 100 / 3 V ,ở Anh và các nước ả rập là 100V ,ở mỹ 120 V .Trên hình H1.1 trình bày sơ đồ đấu dây của BU một pha .Cuộn dây sơ cấp nối với phía điện áp cao qua cầu chì bảo vệ cao áp .Cuộn dây thứ cấp cấp nguồn cho các thiết bị đo lường và bảo vệ qua cầu chì bảo vệ hạ áp .Để an toàn một đầu cuộn hạ áp và lõi thép của BU được nối đất C B A A X a x V Hình 1.1 Đối với BU không yêu cầu độ bền nhiệt và độ bền điện động cao ,vì dòng điện thứ cấp rất bé thậm chí khi ngắn mạch ở mạch thứ cấp cũng không sinh ra hiệu ứng nhiệt và điện động nào cả ,hơn nữa ở mạch máy biến điện áp thường đặt cầu chì bảo vệ . Máy biến điện áp có các cấp chính xác sau :0,2; 0,5; 1; 3; và 6 BU với cấp chính xác 0,2 dùng cho mẫu ,cấp 0,5 dùng cho đo đếm điện năng ,cấp 1 dùng cho đồng hồ bảng ,còn cấp 3 và cấp 6 dùng cho bảo vệ .Cấp chính xác của BU không đổi khi điện áp sơ cấp giao động trong khoảng U= (0,8 ÷ 1,2)Uđm,phụ tải bằng St= (0,25 ÷1)Sđm ,với cosϕ = 0,8. Trị số sai số lớn nhất đối với các cấp chính xác khác nhau được ghi trong bảng dưới đây : .bảng 1-1 giới thiệu sai số lớn nhất của máy biến áp. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 2
4. * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* Cấp chính xác Sai số lớn nhất điện áp {%} Góc [phút] 0,2 ± 0,2 ±10 0,5 ± 0,5 ± 20 1 ±1 ± 40 3 ± 3 Không qui định Khuynh hướng phát triển máy biến điện áp hiện nay là thiết kế chế tạo những máy biến điện áp có dung lượng lớn ,điện áp thật cao ,dùng nguyên liệu mới để giảm kích thước và trọng lượng máy .Về vật liệu hiện nay đẫ dùng loại thép cán lạnh không những có từ tính tốt mà tổn hao sắt lại tốt do đó nâng cao được hiệu suất của máy biến điện áp . 1.2 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP ta xét sơ đồ nguyên lý của một máy biến điện áp một pha hai dây quấn như hình 1.1 Dây quấn sơ cấp có w1 vòng dây và dây quấn thứ cấp I1 I2 có w vòng dây đều được quấn 2 trên cùng một lõi thép .Khi U U1 2 Z đặt một điện áp xoay chiều t u1 vào dây quấn sơ cấp trong W2 đó sẽ có dòng điện i .Trong W1 1 lỗi thép sẽ sinh ra từ thông Φ Φ móc vòng với cả hai dây quấn Hình 1.2 ,cảm ứng ra các suất điện động (s.đ.đ) e1 và e2 .Dây quấn thứ cấp có s,đ.đ sẽ sinh ra dòng điện i2 đưa ra tải với điện áp là u2. Giả sử điện áp xoay chiều đặt vào là một hàm số sin ,thi từ thông do nó sinh ra cũng là một hàm số hình sin: Φ = Φmsinωt do đó theo định luật cảm ứng điện từ ,s.đ.đ cảm ứng trong các dây quấn sẽ là : dΦ dΦ m sinω t e1 = −w1. = − w1 = − w1ω Φ m cosω t dt dt Π = 2E sin(ω t − ) 1 2 dΦ dΦ m sinω t e2 = −w2 . = − w2 = − w2ω Φ m cosω t dt dt Π = 2E sin(ω t − ) 2 2 trong đó : ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 3
5. * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* ω.w1Φ m 2Πfw1Φ m E1 = = = 4,44 fw1Φ m 2 2 ω.w2Φ m 2Πfw2Φ m E2 = = = 4,44 fw2Φ m 2 2 là giá trị hiệu dụng của các s.đ.đ dây quấn thứ cấp và sơ cấp các biểu thức trên cho thấy s.đ.đ cảm ứng trong dây quấn chậm pha so với từ Π thông sinh ra nó một góc 2 Dựa vào các biểu thức trên người ta định nghĩa tỷ số biến điện áp của BU như sau : E w k = 1 = 1 E2 w2 nếu không kể đến điện áp rơi trên các dây quấn thì có thể coi U1 ≈ E1 ;U 2 ≈ E2 do đó k được xem như tỷ số điện áp giữa hai dây quấn : E U k = 1 ≈ 1 E2 U 2 1.3 PHÂN LOẠI VÀ CÁC KIỂU MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP I.phân loại : máy biến điện áp được phân thành các loại sau : 1.theo số pha: có hai loại -máy biến điện áp một pha -máy biến điện áp ba pha 2.theo số dây quấn : - loại 2 dây quấn -loại 3 dây quấn 3.theo cấp chính xác : - theo giá trị sai số cho phép 4.theo phương thức làm mát : -máy biến điện áp dầu - máy biến điện áp khô (không khí ). 5.loai thiết bị có : -máy biến điện áp trong nhà -máy biến điện áp ngoài trời -máy biến điện áp cho các thiết bị phân phối hợp bộ . ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 4
6. * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* II.các kiều máy biến điện áp Về kiểu máy biến điện áp chia làm 3 nhóm: -máy biến điện áp khô - máy biến điện áp dầu - máy biến điện áp nối tầng 1.máy biến điện áp khô . Máy biến điện áp khô được chế tạo với điện áp định mức 24 kv.Vật liệu cách điện là epoxy. Mạch từ của máy biến điện áp được ghép từ các lá tôn kỹ thuật điện .đối với mạch từ kiểu HOC –05 thì dùng các tấm tôn dập hình chữ e ,còn các kiểu máy biến điện áp khác thì dùng các tấm tôn hình chữ nhật . Dây quấn được quấn nhiều lớp trên những ống khung cách điện và được sơn tẩm bằng sơn dùng cho điện áp pha .Các máy biến điện áp được nối với lưới bằng các đầu cực phân bố trên các sứ và ba nêm cách điện . Các máy biến điện áp HOCK-6-66 chỉ dùng với các thiết bị ,phân phối hợp bộ cao áp trong các mở than ,khi lắp đặt nó phải đổ một lớp bitum cách điện kín ,bởi vậy nó không có bệ nêm đầu ra ,các dây quấn của máy biến điện áp được đưa ra bằng các dây cáp mềm Các máy biến điện áp kiểu HOΠ và 3HOΠ Là những khối đúc mà trong đó dây quấn và mạch từ được nằm kín trong eboxy . HÌNH 1.3 GIỚI THIỆU KẾT CẤU BU KHÔ KIỂU HOC-3 1- gông từ 2- cuộn dây cao áp 1 3-cuộn dây hạ áp 4-các đầu vào cao áp 2 5-các đầu ra hạ áp 5 1 3 2 Hình 1.3 4 Đối với các máy biến điện áp mà dây quấn được quấn trên các mạch từ hình xuyến thi dây quấn trong là dây quấn thứ cấp phụ . 2.máy biến điện áp dầu . ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 5
7. * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* Thường được chế tạo với điện áp 35kv trở lên. Sở dĩ đối với mạng điện có điện áp cao U> 35KV thường sử dụng kiểu dầu vì : Dỗu vừa cách điện tốt ,vừa làm mát tốt ,hơn nữa dễ bảo quản khi xẩy ra sự cố về chạm chập dây .Tuy nhiên loại máy biến điện áp kiểu dầu có kết cấu hơi phức tạp vì chúng thường có bình dãn dầu và trong quá trình làm việc cũng dễ gây ra cháy nổ .Nhưng loại này phù hợp với cấp điện áp cao ,vì thế cho nên đối với U> 35kv thì để đảm bảo yêu cầu về mặt cách điện cũng như trong quá trình làm việc ,người ta thường chế tạo loại máy biến điện áp kiểu ngâm dầu . Mạch từ được ghép từ các lá tôn kỹ thuật điện dây quấn nhiều lớp được quấn trên một ống cách điện :dây quấn cao áp có màn chắn tĩnh điện ,các dây quấn cao áp bao gồm một hoặc hai cuộn si để bảo vệ quá điện áp . Thùng máy biến điện áp được hàn bằng tôn như của loại máy 3HOM 15-63 ,thép phi từ tính bởi vì dùng trực tiếp với các thiết bị và được đặt gần các thanh cái dẫn điện của các máy phát lớn . các đầu ra của dây quấn của phần lớn các máy biến điện áp được nối với đầu ra trên sứ đặt trên nắp máy .Đầu vào hạ áp và các đầu nối đất của dây quấn cao áp của các máy biến điện áp 3 HOM 15- 63 ,3 HOM 24-69 được đặt trên vách thùng .các đầu ra của dây quấn hạ áp các máy biến điện áp 3 HOM 35-66 được đưa ra một mảng đầu ra trên thành thùng . Máy biến điện áp 3 HOM 35-65 và 3HOM 35-66 có bình dãn dầu đặt ở phía đầu cao áp .ở máy biến điện áp này kín hoàn toàn .ở máy biến điện áp kiểu khác thì không có bình dãn dầu ,mức dầu trong thùng thường thấp hơn nằm từ 20-30 cm. 3. máy biến điện áp nối tầng Với điện áp lớn hơn 35kv để giảm kích thước cách điện ,người ta dùng kiểu biến áp nối tầng ,mỗi tầng chịu một điện áp nhất định .Với điện áp 110 kv ,thường dùng kiểu hai tầng ,mỗi tầng chịu một nửa điện áp như hình 1.4. Mỗi tầng kiểu này có mạch từ riêng (I) và (II) ,có cuộn dây cao áp riêng ,mỗi cuộn chịu một nửa điện áp pha ,cuộn dây cao áp (BH) của mạch từ MII có đầu vào nối với điện áp pha ,phía cuối nối với mạch từ và cách điện với MI .Đầu cao áp của cuộn dây ở mạch từ MI nối với phía cuối của mạch từ MII và có điện áp bằng 1/2 điện áp pha .Phía cuối của cuộn dây cao áp BH ở mạch từ MI được nối đất cùng với MI .Phía hạ áp HH có hai cuộn dây a-x và aγ -xγ ,một cuộn dùng cho đo lường ,một cuộn dùng cho bảo vệ .Hai cuộn bù (CB1) và (CB2) dùng để phân bố điện áp đều trên hai cuộn cao áp khi mạch thứ cấp có tải . ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 6
8. * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* A M BH * * II CB2 CB1 UΦ HH a M BH a * γ U φ I 2 xγ X x Hình 1.4 Sơ đồ trên hình 1.5 hiện đại hơn và có nhiều ưu điểm so với sơ đồ ở hình 1.4 ,loại này có một mạch từ ,cách ly với đất các cuộn dây được cuốn trên hai trụ của mạch từ . A * BH * Π Π M U Φ * HH BH a aγ U φ X 2 x Hình 1.5 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 7
9. * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* III.giới thiệu một số loại máy biến điện áp Trong hệ thống điện hiện nay có thể có 3 loại máy biến điện áp : Loại cảm ứng điện từ Loại tụ điện phân áp Các máy biến điện áp kiểu mới 1.Máy biến điện áp kiểu cảm ứng điện từ Máy biến điện áp có thể được chế tạo 3 pha (thường cho cấp điện áp U< 35kv) hiệu chỉnh một pha (cho U ≥ 66kv) ,với một hiệu chỉnh hai cuộn dây thứ cấp .Tuỳ theo điện áp cần thiết ở phía thứ cấp ta có thẻ sử dụng các loại máy biến điện áp khác nhau ,đấu nối theo những sơ đồ khác nhau .Sơ đồ hình 1.6 sử dụng 3 máy biến điện áp một pha ,hai cuộn dây Các máy biến điện áp một pha hai dây quấn đến 35kv có thể được nối thành tổ máy biến điện áp ba pha theo sơ đồ y0-y0 có trung tính của sơ cấp và thứ cấp nối đất hình 1.6 . C Hình 1.6 B A a b c Sơ đồ tam giác hở gồm 2 máy biến điện áp một pha nối với hệ thống ba pha như hình h1.7 .Khác với sơ đồ tam giác ,đồ thị vectơ của sơ đồ tam giác hở chỉ là 2 cạnh của tam giác đều .Đặc điểm của sơ đồ này là khi tải của ba pha đối xứng , công suất của cả hai máy biến điện áp bằng công suất của một máy biến điện áp nhân với 3 Tức là nhỏ hơn 13% so với tổng công suất của chúng C B A w w Hình1.7 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 8
10. * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* Quá trình quá độ trong máy biến điện áp kiểu cảm ứng điện từ thông không có ảnh hưởng gỉ lớn đến sự làm việc của thiết bị bảo vệ . Thành phần một chiều của điện áp quá độ cũng được phản ánh dẽ dàng sang phía thứ cấp ,hài bậc cao cũng vậy .Trong một số trường hợp có thể xẩy ra cộng hưởng nếu tần số của hài bậc cao trùng với tần số cộng hưởng của máy biến điện áp .Khả năng cộng hưởng sẽ được giảm thấp nếu phụ tải phía thứ cấp là điện trở tác dụng ,hiệu chỉnh tổn hao công suất phía thứ cấp khá lớn . 2. Máy biến điện áp kiểu tụ phân áp Đối với hệ thống điện áp cao đến 765kv ,cũng có thể sử dụng máy biến điện áp làm việc theo nguyên lý phân áp điện dung . Máy biến điện áp điện dung có thể được nối với các dụng cụ đo lường thông thường và rơle bảo vệ . Chúng cũng có thể được phép dùng trong mục đích đo đếm tiền điện . Kích thước của máy biến điện áp kiểu điện từ tỷ lệ với điện áp sơ cấp của nó .Khi điện áp tăng ,giá thành loại BU kiểu điện từ tăng nhanh vì cách điện cao .Máy biến điện áp kiểu tụ phân áp cho điện áp cao có tính kinh tế hơn . Phân áp kiểu tụ cũng giống như phân áp kiểu điện từ ,điện áp lấy ra A ở một vị trí phân áp nào đó phụ thuộc vào vị trí phân áp và tổng trở của phụ C1 t ải hình 1.8 a Trong bộ phân áp kiểu tụ ,tổng trở của nguồn mang tính dung kháng hình C 2 Z 1.9 đấ u n ố i ti ế p vào m ạ ch phân áp pt .N ếu tụ điện và cuộn điện kháng x không chứathành phần điện trở tác dụng thì vềnguyên lý có thể bù hoàn X Hình 1.8 toàn t ổ ng tr ở ngu ồ n và l ấ y ra công su ất tùy ý ở phía thứ cấp . A Trên thực tế các cuộn kháng đều C1 L ch ứa thành phần điện trở tác dụng nên công suất đầu ra của bộ phân a ápb ị hạn chế .Nếu muốn lấy trực C2 ti ếpđiện áp thứ cấp bằng điện áp thứ Zpt c ấp danh định của BU ,chẳng hạn b ằng 100v ,thì để đạt công suất phụ x tả i danh đị nh ,tr ị s ố c ủ a t ụ phân áp X Hình 1.9 ph ải rất lớn ,Để giảm dung lượng của tụ phân áp và đảm bảo công suất đầu ra của BU ,người ta sử dụng sơ đồ có máy biến áp điện từ trung gian . ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 9
11. * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* trên hình 1.10 trình bày sơ đồ nguyên lý của một máy biến điện áp kiểu này . C1 L P A A 1 a a’ UΦ C2 Uc2 TB x’ X x Hình 1.10 Bộ phân áp gồm hai tụ C1 và C2 có thiết bị tải ba (TB) kết hợp truyền tin trong lưới điện .Để cung cấp đủ công suất cho đầu ra ,người ta dùng một biến áp có cuộn sơ cấp A1 x ,nối tiếp qua cuộn kháng (P) cộng hưởng với trị số tụ điện (C1 + C2)và cuộn lọc cao tần đấu song song với tụ điện C2 với điện áp khoảng 4 đến 12kv .Đầu ra có hai cuộn dây :cuộn (a-x) dùng cho mạch đo lường và bảo vệ ,còn cuộn (a’-x’) dùng để cản dịu chống cộng hưởng sắt từ và ảnh hưởng của quá trình quá độ. Nhược điểm chính của loại máy biến điện áp phân áp bằng tụ điện là có khả năng sinh ra quá điện áp cao khi có hiện tượng cộng hưởng sắt từ .Vì cuộn kháng phi tuyến kết hợp với tụ điện nên có khả năng xẩy ra cộng hưởng không những với sóng cơ bản mà còn với cả các sóng hài ,vì vậy sẽ gây ra nguy hiểm với cáchiện điện . 3.Máy biến điện áp ‘kiểu mới ‘. a.BU phân áp kiểu tụ điện có khuếch đại Loại BU kiểu này tránh được hiện tượng cộng hưởng sắt từ vì không sử dụng máy biến áp điện từ sau khi phân áp mà dùng bộ khuếch đại .Sơ đồ nguyên lý của loại này được cho ơdr hình 1.11 điện áp sơ cấp Us được bộ tụ phân áp U s giảm xuống trị số ,Ku là tỷ số phân áp và đặt vào đầu vào của bộ tiền K u khuếch đại 1 . ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 10
12. * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 11
13. * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* Dây dẫn C1 5 Us 1 2 3 U2 U C2 s K u U’2 Hình 1.11 4 Điện áp đầu ra của bộ tiền khuếch đại 1 sẽ được dẫn theo cáp đồng trục 2 đến bộ khuếch đại công suất 3,với nguồn nuôi 4 .Đầu ra của bộ khuếch đại 3 được nối với phía sơ cấp của máy biến áp cách ly 5 ,còn phía thứ cấp có hai cuộn dây ,một cuộn dùng cho đo lường, một cuộn dùng cho bảo vệ, với tổng công suất khoảng vài chục vôn –ampe Ưu điểm của loại biến áp này là kết cấu đơn giản ,làm việc trong quá trình quá độ tương đối tốt .Hạn chế chính của loại này là công suất của đầu ra thấp nên chỉ được dùng cho các rơle số hoặc rơle tĩnh có công suất tiêu thụ bé .BU kiểu tụ phân áp có khuếch đại đã được chế tạo và được sử dụng nhiều năm trong lưới điện cao áp . b. Máy biến điện áp làm việc theo hiệu ứng POCKLS Khi cho hai sóng ánh sáng chạy qua một tinh thể khúc xạ kép được đặt dưới tác dụng của một điện trường E,ta có thể đo được góc lệch pha δ giữa hai sóng này theo hiệu ứng điện quang tuyến tính POCKELS: δ = Kdq .E.L -6 trong đó :Kdq –là hệ số điện quang ,Kdq =8,2.10 rad/v.m đối với tinh thể thạch anh E là cường độ điện trường trong tinh thể , V L chiều dài đường đi của ánh sáng trong tinh thể , m. Trên hình 1.12 trình bày sơ đồ nguyên lý của loại BU này C1 1 λ/4 Us ZptU t 7 3 4 5 6 8 2 Hình 1.12 Bộ phận phân áp gồm tụ C1 và phần tử POCKELS với điện dung C2 được đấu với điện áp cần đo Us .Điện áp đặt lên phần tử 2 tạo trong tinh thể một ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 12
14. * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* điện trường E,tỷ lệ với điện áp cần đo .Chùm ánh sáng từ nguồn sáng 3 được đưa qua bộ phân cực 4 để phân thành hai sóng quang lệch pha nhau một góc Π/2 và chúng được chiếu qua phần tử 2. Dưới tác động của điện trường E trong tinh thể của phần tử hai sóng sẽ có tốc độ lan truyền khác nhau và làm tăng góc lệch pha δ giữa chúng ,sau đó sẽ đi qua bản cực 5 có bề dày bằng ẳ bước sóng để tiếp tục làm lệch pha thêm trước khi đưa đến bộ phận phân tích 6 .Độ sáng đầu ra ở bộ phận 6 tỷ lệ với góc lệch pha δ, vì vậy nó càng Tỷ lệ với điện áp được đo .Điốt quang 7 có chức năng biến đổi cường độ ánh sáng nhận được từ bộ phân tích 6 thành tín hiệu da ,qua bộ khuếch đại 8 để cho điện áp Ur tỷ lệ với điện áp Us . Loại máy biến điện áp kiểu này có cấu trúc khá phức tạp nên phạm vi ứng dụng còn hạn chế. 1.4 SAI SỐ CỦA MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP VÀ HIỆU CHỈNH SAI SỐ I.sai số của máy biến điện áp 1.Hệ số biến đổi điện áp Trong máy biến áp điện lực thường không kể đến độ sụt áp ở chế độ không tải trên các dây quấn nên hệ số biến đổi của máy biến áp được tính như sau : E W U k = 1 = 1 ≈ 1 E2 W2 U 02 trong đó : U1,U02 là điện áp sơ cấp và thứ cấp E1, E2 là sức điện động sơ cấp và thứ cấp W1, W2 là số vòng của cuộn sơ cấp và thứ cấp Về góc pha đối với máy biến áp điện lực khi không tải chúng ta cũng bỏ qua sự lệch pha của điện áp dây quấn sơ cấp và thứ cấp .Đối với máy biến điện áp thì không thể bỏ qua vấn đề này vì nó sẽ gây ra sai số điện áp lớn và làm cho cấp chính xác của máy biến điện áp sẽ khác với cấp đã định trước .Để hiểu rõ hơn về sai số điện áp ở các chế độ làm việc của máy biến điện áp chúng ta sẽ xét riêng các quá trình xẩy ra khi không tải và khi có tải . 2.chế độ không tải Khi đặt điện áp xoay chiều U1 vào dây quấn sơ cấp W1 thì trong dây quấn sơ cấp cảm ứng một sức điện động E1 ngược chiều với U1 và do có dòng điện không tải sẽ xuất hiện xụt áp trên dây quấn sơ cấp .Nếu bỏ qua xụt áp đó thì sức điện động E1 =U1và đường cong đồ thị của từ thông sẽ có dạng hình sin như hình 1.13 đồ thị hình 1.13 có thể được thay bằng đồ thị véctơ hình 1.14 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 13
15. * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* U E ,Φ U1 Φ E1 1, 1 ωt 0 Hình1.13 Đồ thị vectơ hình 1. 14 chỉ đúng với U1 một BU lý tưởngnghĩa là BU không có tổn hao năng lượng . Φ Tuy nhiê trong BU thực sẽ có tổn Iox hao năng lượng xẩyra trong mạch từ 0 và dây quấn .Vì thế đồ thị véctơ phứctạphơnnhư hình115 E1 ở tr ườ ng h ợ p bi ế n áp lý t ưở ng v ớ i Hình 1.14 ch ế độ không tải thì trong cuộn sơ U1 c ấp có dòng điện Io = Iox đi qua ,và Io Ior tạ o nên từ thông Φ,từ thông này móc Φ vòng với cuộn dây sơ cấp và thứ cấp c ủa biến áp . Còn ở máy biến điện Iox áp thực tế thì dòng không tải này gồm 2 thành phần : thành phần tác dụng E1 hình1.15 (I or) và thành phần phản kháng (Iox) tạ o nên sự tổn hao ở chế độ không tải .Véc tơ dòng điện toàn phần Io là tổng -U hình học của hai véctơ Ior và Iox như 1 hình 1. 15 dòng điện không tải chạy Uox1 qua cuộn sơ cấp và gây ra trong cuộn ΔU s ơ cấp sụt áp : Uor U0r1 = Io.r1 1 δo M ặt khác dòng điện Io còn tạo ra từ -Eo1 Φox thông tản Φox ,từ thông tản này tạo ra -Eox1=Uox1 Io s ức điện động Eox1 .Lấy dấu ngược lại 90 c ủa sức điện động Eox1 thì ta đước sụt α Φ áp Uox1 có nghĩa là U0x1 =- Eox1 vì sức Iox đ iện động Eox1 chậm pha so với từ 0 thông Φox một góc 90 kể từ dòng Eox1 đ iện Io ,cũng như đã được biểu thị ở h ình 1.16 Eo 1 Hình 1.16 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 14
16. * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* 0 ở hình 1.16 véc tơ Uox1 sớm trước véc tơ Io một góc 90 .Véc tơ Uor1 cùng chiều ,hướng với véc tơ Io .Từ hình vẽ ta thấy điện áp sơ cấp U 1 cần được bù hết cho –E01 và cả 2 sụt áp Uor1 và Uox1 do đó ta có U1=-Eo1 +Uor1 + Uox1 3.chế độ có tải . Trường hợp khi có tải có thể là tải điện trở ,tải điện cảm ,tải điện dung hoặc tải hỗn hợp .Khi có tải thì cuộn sơ cấp và thứ cấp sẽ xuất hiện dòng điện tải và nó gây ra trong cuộn sơ cấp và thứ cấp của máy các sụt áp .Lúc này ở cuộn sơ cấp thì các sụt áp được cộng lại (tổng hình học ) cùng với sụt áp do dòng điện không tải tạo ra . Để tiện cho việc nghiên cứu đồ thị vectơ ta cần phải qui đổi các véctơ sức điện động và dòng điện thứ cấp về sơ cấp ,việc qui đổi các vec tơ sức điện động và dòng điện được thực hiện bằng cách nhân sức điện động thứ cấp với hệ số biến áp K ,còn dòng điện thứ cấp thì chia cho K : K.E2 = E’2 = E1 I 2 Và I’2 = =I1 K Điều này cho ta có thể khảo sát các vectơ sụt áp trong cùng một tỷ lệ .Trên hình 1.17 trình bày đồ thị vectơ của máy biến điện áp với trường hợp tải cảm . U1 Uox1 Uor1 -E01 ΔU Ux1 Ur1 U’x2 -E1 U’r2 -U’ 2 δ I1 -I’2 Φ Io Hình 1.17 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 15
17. * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* Giải thích các véc tơ trong đồ thị : Uor1 , Uox1 là sụt áp tác dụng và phản kháng trong dây quấn sơ cấp do dòng điện không tải Io . Ur1 ,Ux1 là sụt áp tác dụng và phản kháng trong dây quấn sơ do dòng điện tải I1 U’r2 , U’x2 là sụt áp tác dụng và phản kháng trong dây quấn thứ cấp qui đổi về dây quấn sơ cấp . U1là điện áp sơ cấp -Eo1 sức điện động sơ cấp ngược chiều khi không tải -E1 là sức điện động sơ cấp ngược chiều khi có tải E’2là sức điện động thứ cấp khi có tải ,qui đổi về dây quấn sơ cấp . U’2điện áp thứ cấp qui đổi về sơ cấp . I1và I’2 dòng điện có tải sơ cấp và thứ cấp đã qui đổi về sơ cấp Io là dòng điện không tải ΔU là sai số điện áp δ là sai số góc Vì dòng điện tải thứ cấp I’2 gây ra ở cuộn thứ cấp sụt áp do điện trở và điện kháng U’r2 ,U’x2 của cuộn thứ cấp cho nên sức điện động thứ cấp E’2 ,ngoài điện áp thứ cấp U2 cần phải bù thêm các sụt áp đó .Từ đó suy ra điện áp thứ cấp trên các đầu ra của dây quấn thứ cấp sẽ nhỏ hơn sức điện động một lượng sụt áp . U’2 = E’2 + U’r2 + U’x2 Dòng điện sơ cấp khi có tải I1 cũng gây ra trong dây quấn sơ cấp sụt áp Ur1 và Ux1 .Các sụt áp này cộng với các sụt áp khi không tải Uor1 ,Uox1 và cần bù thêm bằng điện áp U1 . U1 = - E’2+ Uor1 +Uox1 + Ur1 + Ux1 4.sai số của máy biến điện áp Trên cơ sở đồ thị véc tơ có thể rút ra công thức tính sai số của BU. a.tính sai số ở chế độ không tải Sai số của điện áp khi không tải ΔUo có thể xác định bằng cách dùng đồ thị vectơ hình 1.9 Theo định nghĩa ở chế độ không tải thì : ΔUo = -Eo1 – U1 (4-0) do góc δ o (góc giữa véctơ U1 và Eo1 ) có giá trị nhỏ cho nên có thể coi véc tơ U1 bằng hình chiếu của nó trên trục tung .Khi đó ta tính được sai số điện áp biểu thị bằng % bằng : ΔU0 = -(Uor1 sinα + Uox1cosα ). (4-1) Trong đó : Uor1và Uox1 là sụt áp tác dụng và phản kháng ở cuộn sơ cấp . ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 16
18. * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* α là góc từ trễ (góc giữa vectơ dòng điện không tải Io và thành phần phản kháng của nó ) dấu (- ) thể hiện sai số âm Trị số Uor1và Uox1 được phân tích như sau : I o I or ior Uor1 = Ur1 . =Ur1. = Ur1. I1 I1.sinα sinα I o I ox iox Uox1 = Ux1 . =Ux1. = Ux1. I1 I1.cosα cosα Trong đó : Ur1 và Ux1 là sụt áp do điện trở và điện kháng của cuộn sơ cấp khi tải định mức ior và iox là tỷ số giữa thành phần dòng điện tác dụng và dòng điện phản kháng của dòng điện không tải và dòng điện định mức Thay các giá trị Uor1 và Uox1 vào công thức (4-1) ta được : ΔU 0 = ( Ur1.ior + Ux1 .iox ) Sai số về góc ở chế độ không tải theo định nghĩa là góc δo giữa các vectơ U1 và -Eo1 .Vì giá trị của góc δo rất nhỏ cho nên ta có thể coi tgδ0 ≈ δo Nếu sai số góc được biểu thị bằng phút thì tương tự như công thức cho sai số điện áp ,từ giản đồ vectơ ta rút ta công thức tính sai số góc 3440 δo = .(Uor1.cosα - Uox1 .sinα) 100 =34,4 (Ur1 .iox –Ux1.ior) trong đó : hằng số 3440 = 360.60/2Π(phút /rad.) sai số về góc được coi là dương nếu vectơ -Eo1 sớm trước vectơ U1 như vậy ở trường hợp như vẽ ở hình 1.9 thì sai số góc là âm . b.tính toán sai số khi có tải . Sai số điện áp khi có tải ΔUH được xác định theo công thức sau: ΔUH =-(Unr cosϕ2 + Unx sinϕ2) (4-2) trong đó : Unr = Ur1 + Ur2; Unx = Ux1 + Ux 2 là các sụt áp tác dụng và các sụt áp phản kháng trong dây quấn sơ cấp và thứ cấp khi có tải . cosϕ2 là hệ số công suất của tải. Sai số về góc ở chế độ có tải là δH quá nhỏ cho nên người ta coi : tgδH ≈ δH Trên cơ sở đồ thị vectơ hình 1.10 ta có : δH = 34,4 (Unr sinϕ2 – Unx cosϕ2 ) (4-3) Do đó sai số điện áp và sai số về góc toàn phần khi có tải được xác định bằng tổng sai số do dòng điện không tải và có tải gây ra : ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 17
19. * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* ΔU = ΔUo + ΔUH và δ = δo + δH 5.hiệu chỉnh sai số của máy biến điện áp Sụt áp của BU có thể bù bằng cách hiệu chỉnh .Sự điều chỉnh điện áp ΔUk là sự cố ý thay đổi hệ số biến đổi về phía tăng điện áp thứ cấp ,được tính bằng % .Từ công thức (4-0) và (4-2) ta thấy sai số điện áp luôn âm .Ta đưa điện áp hiệu chỉnh dương ΔUk vào làm giảm giá trị tuyệt đối của của sai số điện áp . Sự hiệu chỉnh được thực hiện bằng cách sao cho ở chế độ không tải của máy biến điện áp có một chút sai số dương nằm trong giới hạn cho phép của cấp chính xác , có nghĩa là tăng một chút điện áp thứ cấp.Để làm điều này ta tăng số vòng dây của cuộn thứ cấp lên một lượng nào đó .Nhưng trong thực tế người ta thường giảm số vòng dây của cuộn sơ cấp ,bởi vì như vậy sẽ tiết kiệm được dây dẫn và chính xác hơn. Việc hiệu chỉnh số vòng dây ΔW được xác định theo công thức : ΔU k ΔW = W1. 100 trong đó : W1 là số vòng dây của cuộn sơ cấp Với việc điều chỉnh sai số kiểu này thì cho phép ta tiết kiệm được các vật liệu .Sau khi hiệu chỉnh ta có sai số điện áp sẽ là : ΔU = ΔUk + ΔUo + ΔUH Ngoài việc hiệu chỉnh điện áp còn phải hiệu chỉnh sai số góc ,với máy biến điện áp một pha không thể thực hiện hiệu chỉnh góc 1.5 PHẠM VI ỨNG DỤNG CỦA MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP Các máy biến điện áp được sử dụng trong lưới điện xoay chiều khi điện áp cao hơn 400 V ,chúng ta cũng dùng để nối dụng cụ đo ( tần số kế, công tơ mét ,woats ke ,và các rơle điều khiển ,bảo vệ ) Dưới đây giới thiệu một số sơ đồ máy biến điện áp thông dụng nhất được sử dụng trên mạng điện . Trong mạng thứ cấp của máy biến điện áp có đấu cầu chì và các điện trở để hạn chế dòng sao cho những trường hợp sự cố không ảnh hưởng đến máy biến điện áp . Việc đấu máy biến điện áp vào mạng được tiến hành bằng cách dùng cầu dao cao áp .Cầu chì đặt trong mạch thứ cấp máy biến điện áp để bảo vệ ngắn mạch có thể xảy ra ,cầu dao ,điện trở trong các sơ đồ thì thường không được vẽ ra . Máy biến điện áp một pha hai dây quấn được dùng trong các thiết bị một pha hoặc ba pha .Khi dùng trong lưới ba pha thường đấu với điện áp dây của lưới ba pha như hình 1.1 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 18
20. * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* Một trong các đầu dây của dây quấn thứ cấp để bảo đảm an toàn khi vận hành phải được nối đất .Hai máy biến điện áp một pha được nối thành sơ đồ tam giác hở có thể dùng để đấu (w) ,công tơ ,hoặc các bộ điều khiển điện áp . Các máy biến điện áp một pha loại dây quấn kiểu 3HOM được chế tạo theo kiểu một cực tính nghĩa là chỉ có một đầu dây A của dây quấn sơ cấp cao áp có cách điện tương ứng với điện áp toàn phần . Sơ đồ nối dây của máy biến điện áp kiểu 3 HOM hình 1.18 A X a x x aγ γ Hình 1.18 Dây quấn sơ cấp của máy biến điện áp một pha được nối với lưới ,một đầu được nối với đất ,do đó được tính toán với điện áp một pha tức là điện áp dây chia cho 3 .tuy nhiên theo tiêu chuẩn các ,máy biến điện áp kiểu 3 HOM có điện áp định mức đến 35 kv phải chịu được điện áp dây ( ơ chế độ sự có không dưới 4 giờ ) C B A a b c 0 Hình 1.19 xγ Dây quấn thứ cấp phụ của máy biến điện áp được naốγ i theo sơ đồ Δ hở dùng để đấu rơle bảo vệ tiếp đất .sơ đồ hình 1.19 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 19
21. * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* Các máy biến điện áp ba pha ba trụ hai dây quấn kiểu HTMK có dây quấn sơ cấp được nối thành hinh sao (y) có dây quấn bù ,còn dây quấn thứ cấp cũng nối (y) và cố trung tính nối đât như hình 1.20 A w w a b c Hình 1.20 Máy biến điện áp ba pha ,dây quấn kiểu HTMV được chế tạo thành tổ máy biến điện áp nghĩa là gồm 3 máy biến điện áp một pha .các dây quấn sơ cấp và thứ cấp ,được đấu hình (y) và có đưa đầu trung tính ra ,dây quấn thứ cấp phụ được đấu hinh Δ hở như hinh H1.21 A B C aγ xγ 0 a b c ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 20
22. * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* Hình1.21 Một trong những ứng dụng quan trọng của máy biến điện áp là kiểm tra cách điện của lưới như hình H1.19 và H1.21 .Trong lưới điện phân phối cao áp .tuỳ theo đặc điểm của trung tính được chia thành hai hệ thống : 1. có nối đất 2. cách điện đối với đất ở liên xô cũ ,trung tính nối đất được dùng với lưới 110 kv và cao hơn ,còn trung tính cách điện với đất được dùng với lưới có điện áp U< 35kv.Tuỳ theo chế độ của trung tính mà điện áp pha của dây quấn thứ cấp dùng cho bảo vệ phụ khi không tải sẽ khác nhau khi điện áp lưới làm việc định mức . Khi lưới làm việc bình thường điện áp trên các đầu ra aγ ,xγ như ở hình 1.22 bằng không khi đó rơle được nối với các đầu đó sẽ không tácđộng hình 1.22 B b aγ O o C xγ A c a Trong thực tế do mạch từ của ba pha không đối xứng và do có từ thông hài bậc cao ,điện áp trên các đầu phụ aγ ,xγ không hoàn toàn bằng không mà có một trị số nào đó .Điện áp trên các đầu ra của tam giác hở chỉ bằng không khi điện áp ba pha hoàn toàn đối xứng và biến thiên hoàn toàn hình sin .Khi có một pha nào đó chạm đất ,điện áp trên các đầu phụ aγ, xγ sẽ tăng đến 100v có nghĩa là bằng điện áp làm cho rơle bảo vệ tác động,mà đã được tính cho bảo vệ Quá trình xẩy ra ở máy biến điện áp khi tiếp đất một trong các pha đối với hai trạng thái của trung tính : a.trung tính nối đất . xét trường hợp khi có pha A chạm đất như hình 1.23 C B A ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 21
23. * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* a b c 0 a γ xγ b B O aγ o C xγ b B c A aγ a O xγ o C c Hình 1.23 Trong trường hợp này trung tính được nối đất trực tiếp thì khi pha A chạm đất tức là điện áp pha này bằng 0 và điện áp trên cuộn dây bảo vệ cũng bằng 0 tức là rơle không tác động ,vậy rõ ràng ở biểu đồ của tam giác hở trên các đầu dây aγ -xγ xuất hiện điện áp bằng tỷ số hình học của điện áp đang tác động B và C ,có nghĩa là bằng điện áp tam giác hở ,nó được thể hiện ở biểu đồ vẽ ở hình 1.23 .Vì điện áp của rơle bảo vệ bằng điện áp pha của tam giác hở ,và bằng 100V thì điện áp pha của cuộn thứ cấp phụ cần phải bằng 100V. b.trường hợp trung tính cách điện với đất. Khi chạm đất một pha nào đó thì sẽ xuất hiện sự thay đổi lớn về chế độ làm việc của máy biến điện áp vì lẽ đó mà máy biến điện áp kiểu này có kết cấu khác so với máy biến điện áp kiểu trung tính nối đất . Giả sử chạm đất pha A của lưới điện ,bởi vì pha A của BU bị ngắn mạch ,các pha B và C phải chịu toàn bộ điện áp dây và cảm ứng trên lõi thép mạch từ các pha này sẽ tăng lên 3 lần .Ngoài ra điểm trung tính 0 sẽ dịch chuyển tới điểm A ta thấy rõ ở biểu đồ vectơ .Góc giữa OB và OC bằng 600 thay vì 1200 trước khi xẩy ra ngắn mạch pha A. b B ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾaT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 22 O γ C xγ b B a c
24. * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* Hình 1.24 Góc giữa hai vectơ của hai pha b,c của tam giác hở sẽ bằng 1200 thay vì 0 60 trước đó .Từ đây chứng tở rằng điện áp ở đầu dây aγ -xγ khi xẩy ra ngắn mạch pha A phải tăng lên 3. 3 (=3) lần .Nhưng khi có việc tiếp đất pha nào đó ,thì điện áp của rơle bảo sẽ bằng 100V thì nhất thiết điện áp pha của cuộn thứ cấp phụ khi đó phải bằng 100/ 3 thì tác động của rơle mới có hiệu quả . Rõ ràng rằng các máy biến điện áp được mắc vào lưới điện với trung tính cách ly thì chúng cần phải chịu được chế độ chạm đất với thời gian tương đối dài (không nhở hơn 4h) ,khi ấy cảm ứng sẽ tăng lên 3 lần ,tiết diện của lõi cũng phải tăng lên 3 lần . Qua phân tích ta thấy trường hợp khi trung tính của máy biến áp điện lực nối đất thì cuộn dây thứ cấp phụ của mỗi pha được tính cho 100v còn khi trung tính của máy biến áp điện lực không nối đất thì cuộn dây thứ cấp phụ của máy biến điện áp cần tính cho điện áp 100/ 3 v. 1.6 SỬ DỤNG VẬT LIỆU TRONG VIỆC CHẾ TẠO Quá trình phát triển máy biến điện áp nói riêng cũng như các máy điện ,khí cụ điện nói chung liên quan chặt chẽ tới những tiến bộ trong việc sản xuất các vật liệu dẫn điện ,dẫn từ ,vật liệu cách điện .Điều đó đòi hỏi các ngành công nghiệp tương ứng phải sản xuất ra các vật liệu mới có tính năng ngày càng hoàn thiện hơn . Việc tìm kiếm một loại vật liệu mới là nhằm mục đích cải thiện các đặc tính của máy biến áp như giảm tổn hao năng lượng ,kích thước ,trọng lượng và tăng độ tin cậy của nó .Khuynh hướng chung thường là thay những vật liệu rẻ và dễ kiếm hơn . Vật liệu dùng trong máy biến áp thường có ba loại sau : -Vật liệu tác dụng dùng để dẫn điện như dây quấn ,dẫn từ như lõi thép -Vật liệu cách điện dùng để cách điện các cuộn dây hay các bộ phận khác như cactông cách điện ,sứ ,dầu may biến áp ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 23
25. * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* -Vật liệu kết cấu dùng để giữ ,bảo vệ biến áp như xà ép ,bulông,vỏ máy Việc thay đổi vật liệu sử dụng đôi khi làm thay đổi cả một quá trình công nghệ quan trọng hay những kết cấu cơ bản của máy biến áp và điều đó liên quan chặt chẽ đến sự tiến bộ của quá trình công nghệ trong ngành chế tạo máy biến điện áp của một nước . Vởt liệu quan trọng trước tiên trong ngành chế tạo biến áp là tôn silic (hay còn gọi là thép lá kỹ thuật điện ).Trong nhiều năm trước đây lõi thép máy biến áp dùng chủ yếu là tôn cán nóng dày 0,5mm và 0,35mm .Chất lượng loại tôn này tuy đã được cải tiến nhưng nói chung suất tổn hao vẫn cao .Khoảng từ những năm 50 trở lại đây đã xuất hiện tôn cán lạnh là loại tôn có vị trí sắp xếp các tinh thể gần như không đổi và có tính dẫn từ định hướng .Do đó suất tổn hao giảm nhỏ đến 2 ÷ 2,5 lần so với tôn cấn nóng .Độ từ thẩm thay đổi rất it theo thời gian .Dùng tôn cán lạnh cho phép tăng cường độ từ cảm trong lõi thép lên tới 1,6 ÷ 1,65 T ,trong khi đó tôn cán nóng chỉ đến 1,4 ÷ 1,45T. Cũng từ đó mà giảm được tổn hao trong máy ,giảm được trọng lượng và kích thước máy ,đặc biệt là rút bớt đáng kể chiều cao của máy biến áp ,rất thuận lợi cho việc chuyên chở .Tôn cán lạnh tuy có đắt hơn ,nhưng do việc giảm được tổn hao và trọng lượng nên người ta tính ra rằng những máy biến áp được chế tạo bằng loại tôn này trong vận hành kinh tế hơn so với máy biến áp làm bằng tôn cán nóng . Cũng cần chú ý rằng sang dùng tôn cán lạnh đồng thời đòi hỏi phải thay đổi một cách cơ bản công nghệ chế tạo và kết cấu lỗi thép máy biến áp .Thường sau khi tiến hành gia công cơ khí các lá thép như dập ,phay ,ép suất tổn hao trong thép sẽ tăng lên ,do đó để đảm bảo phẩm chất từ tính của lá thép gần như lúc đầu ,phải tiến hành ủ lại các lá thép .Song chú ý là viẹc ủ lại không dùng cho các lá thép có cách điện bằng giấy ,chỉ dùng cho thép lá cách điện bằng sơn . Vật liệu tác dụng thứ hai là của máy biến áp là kim loại làm dây quấn .Trong nhiều năm đồng vẫn là kim loại duy nhất dùng chế tạo dây quấn mà không có thay đổi gì .Vì như ta đã biết đồng có điện trở suất nhở ,dẫn điện tốt dẽ gia công (hàn ,quấn ) , đảm bảo độ bền cơ ,điện tốt .Gần đây người ta đã dùng nhôm thay đồng làm dây quấn .Nhôm có ưu điểm là nhẹ ,dẽ kiếm hơn ,dẻ hơn ,nhưng tất nhiên có nhược điểm là điện trở suất lớn hơn do đó dẫn điện kém hơn ,độ bền cơ cũng kém hơn và lại rất khó khăn trong việc hàn nối .Khi dùng nhôm thay đồng để bảo đảm được một công suất tương đương thì thể tích nhôm tăng lên ,chi phí cho các công việc về chế tạo dây quấn ,chi phi về vật liệu cáchiện điện ,sơn tẩm tăng lên .Những chi phí đó tăng lên được bù lại bởi giá thành dây nhôm dể hơn ,nên nói chung giá thành toàn bộ máy biến áp bằng dây nhôm và dây đồng thực tế không khác gì nhau bao nhiêu .Dĩ nhiên dùng dây nhôm sẽ tiết kiệm được đồng là kim loại quí hiếm . ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 24
26. * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* Về vật liệu cách điện thì phần lớn các máy biến áp đều dùng dây quấn có cách điện bằng giấy cáp thuộc cách điện cấp A có nhiệt độ giới hạn cho phép là +105 0 C với chiều dày cách điện cả hai phía là 0,45 ÷ 0,5 mm việc dùng dây dẫn có cấp cách điện cao hơn (E,B,F ) không có ý nghĩa nhiều lắm vì nhiệt độ cho phép của dây quấn máy biến áp được quyết định không chỉ ở cấp cách điện của vật liệu cách điện mà còn ở cả nhiệt độ cho phép của dầu ngâm dây quấn .Một loại cách điện hay dùng bọc dây dẫn là men cách điện (êmay) .Việc thay cách điện bọc từ giấy cáp sang tráng men không những làm cho lớp cách điện mỏng hơn ,độ bền cơ điện tốt hơn mà còn có tác dụng giảm trọng lượng dây quấn lõi thép ,tuy rằng dây tráng men giá thành có đắt hơn. Đối với máy biến áp khô hay dùng những dây dẫn có bọc cách điện cấp cao hơn . Với loại dây dẫn có cấp cách điện cao hơn ,do có nhiệt độ cho phép cao hơn nên có thể chọn mật độ dòng điện dây dẫn cao hơn ,vì thế kích thước cuôn dây và do đó máy sẽ gọn hơn .Song người ta cũng chỉ dùng đến cách điện cấp B mà ít khi dùng loại dây có cấp cách điện cao hơn nữa, vì lý do là nhiệt độ cho phép càng cao mật độ dòng điện chọn càng lớn thì tổn hao ngắn mạch tăng lên làm cho hiệu suất của máy biến áp giảm xuống đáng kể .Có thể dùng nó trong trường hợp yêu cầu về kết cấu gọn nhẹ là tối cần thiết ,như các thiết bị điện trong giao thông vận tải ,trong máy bay 1.6 CẤU TẠO MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP . BU gồm những bộ phận chính như sau: mạch từ ,dây quấn ,hệ thống làm lạnh và vở máy. 1.Mạch từ Mạch từ là mạch cho từ thông trong máy biến điện áp ,do đó thiết kế nó cần phải làm sao cho đảm bảo được tổn hao sắt chính và phụ nhỏ ,dòng điện không tải nhỏ ,lượng tôn silic ít và hệ số điền đầy của lõi sắt cao , mặt khác mạch từ là khung để quấn dây , giá đỡ dây dẫn ra Hơn nữa ,lõi sắt còn cón có thể chịu những ứng lực cơ học lớn khi dây quấn bị ngắn mạch .Vì vậy yêu cầu thứ hai của lõi sắt là phải bền và ổn định về cơ khí để bảo đảm lúc nâng cẩu lõi an toàn cũng như chịu được những ứng lực lúc máy biến điện áp bị ngắn mạch .Tiết diện của lõi mạch từ được ghép từ các lá thép ép bằng xà ép ,tiết diện của chúng có thể là hình chữ nhật và khi đó cuộn dây cũng có hình chữ nhật .Tuy nhiên theo cách này ta có thể đơn giản được việc chế tạo mạch từ nhưng việc chế tạo cuộn dây gặp nhiều khó khăn và cũng tốn nhiều dây hơn. Các BU có điện áp lớn hơn 660V có cuộn dây với số vòng lớn ,dây nhỏ thường sử dụng mạch từ có tiết diện dạng hình trụ ,hầu hết các BU hiện nay được chế tạo với lõi sắt kiểu trụ . Tiết diện dạng bậc làm tăng sự điền đầy không gian của thép bên trong cuôn dây hình ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 25
27. * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* trụ như hình 1.25 .Ngoài ra với cuộn dây hình trụ chiều dài các vòng dây sẽ ngắn hơn so với dạng hình chữ nhật . Số bậc thang trong trụ càng nhiều thì tiết diện trụ càng gần hình tròn ,nhưng số tập lá tôn càng tăng ,nghĩa là số lượng các lá tôn có kích thước khác nhau càng nhiều làm cho quá trình công hình1.25 nghệ chế tạo lắp ráp càng phức tạp . Trụ và gông cần phải được ép thành một bộ bảo đảm chắc chắn lúc nâng cẩu lõi sắt cũng như có lực ngắn mạch ở dây quấn tác dụng lên ,đồng thời lại giảm được những dao động tự do hay những tiếng kêu ,tiếng ù khi máy vận hành . Nhiều năm trước đây đối với tôn cán nóng để giảm bớt quá trình công nghệ gông từ , Tiết diện gông không làm nhiều bậc mà có khuynh hướng làm đơn giản hơn hiệu chỉnh là hình chữ nhật ,hình chữ T thuận ,hình chữ T ngược hoặc hình chữ thập .Nhưng những tiết diện gông hình dáng đó của chúng thật ra đều không hợp lý vì sự phân bố không đều từ cảm giữa các trụ và gông trong cùng một tập lá thép .Nguyên nhân là vì ,từ thông trong trụ và gông bằng nhau nên tiết diện trụ và gông phải bằng nhau , do đó muốn làm tiết diện gông đơn giản (giả sử lấy tiết diện gông hình chữ nhật làm ví dụ ) thì rõ ràng tiết diện các tập lá thép ở gông càng nhỏ dần vào giữa so với các tập lá thép tương ứng ở trụ .Từ thông trong các tập lá thép này không dễ dàng đi sang được các tập lá thép khác vì có cách điện lá và khe hở không khí ,nên chỉ chạy trên cùng tập với nhau giữa trụ và gông .Như vậy từ cảm trụ sẽ giảm nhở dần ở những tập lá thép giữa và tăng ở những tập lá thép ngoài biên .Còn ở gông thì ngược lại .Sự phân bố từ cảm không đều trong lõi như vậy làm tăng tổn hao và dòng điện không tải nhất là đối với tôn cán lạnh .Người ta tính ra rằng ,chẳng hạn đối với gông chữ nhật tổn hao không tải tăng 5 ÷ 6 % ,dòng điện không tải tăng 12 ÷ 15% so với gông có số bậc bằng số bậc ở trụ .Vì vậy tiết diện ngang của gông từ có số bậc bằng số bậc của trụ là tôt nhất .Nhưng dể bảo đảm lực ép phân bố đều hơn trên các lá thép gông ,thường 2 ÷ 3 tập lá thép ngoài cùng của gông được gộp lại làm một cỡ ,như vậy số bậc trong gông sẽ ít hơn số bậc trong trụ và dĩ nhiên tiết diện của gông sẽ lớn hơn tiết diện của trụ một ít .Kinh nghiệm cho thấy nếu trụ và gông ép bằng bulông xuyên qua chúng làm tổn hao o tải tăng lên khoảng 9 ÷25%,dòng điện không tải tăng lên 50 ÷200% .Trong trường hợp tiết diện gông làm đơn giản số bậc đi so với tiết diện trụ thì tổn hao không tải tăng khoảng 5 ÷ 6% dòng điện không tải tăng 8 ÷ 10% . Theo phương pháp ghép trụ và gông có thể chia lõi sắt thành 2 kiểu : Lõi ghép nối và lõi ghép xen kẽ . a.ghép nối : ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 26
28. * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* ghép nối là gông và trụ ghép riêng sau đó được đem nối với nhau nhờ những xà ép và bulông ép (hình 1.26a).Ghép kiểu này đơn giản nhưng khe hở không khí giữa trụ và gông lớn ,do không bảo đảm tiếp xúc tương ứng từng lá thép trụ và gông với nhau nên tổn hao và dòng điện không tải lớn ,vì vậy ít dùng . Lượt 1 Lượt 2 a. b. c . d. Lượ t 1 Lượt 2 e. Hình 1.26 b.ghép xen kẽ . Ghép xen kẽ là từng lớp lá thép của trụ và gông lần lượt đặt xen kẽ theo vị trí 1 và 2 như trên hình 1.26 b Sau đó dùng xà ép và bulông vít chặt lại .Muốn lồng dây quấn vào thì dỡ hết gông trên ra ,cho dây quấn đã được quấn trên ống bakelit lồng vào trụ .Trụ được nèn chặt với ống bakêlit bằng cách nêm cách điện (gỗ ,bakêlit ) sau đó xếp lá thép vào gông như cũ và ép gông lại .Hiện nay ở nước ta hay dùng kiểu này .Trụ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 27
29. * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* được ôm bởi ống cách điện bakêlít và dây quấn , hoặc đai bằng sợi thuỷ tinh ,gông được ép bằng xà ép gông .Không có bulông xuyên qua lõi sắt Đối với thép cán lạnh ,để giảm bớt tổn hao do tính dẫn từ không đẳng hướng thường ghép xen kẽ nhưng với mối nối nghiêng giữa trụ và gông ở bốn góc như ở hình 1.26 c hay mối nối nghiêng cả trụ giữa hình 1.26d hoặc ghép xen kẽ với mối nối hỗn hợp hình 1.26e mà không dùng mối nối thẳng như thép cán nóng .Phương pháp ghép xen kẽ đơn giản ,kết cấu vững chắc nên được dùng phổ biến trong ngành chế tạo máy biến áp hiện nay . c. Chọn tôn silic và cường độ từ cảm trong trụ Vật liệu làm lõi sắt biến áp thường có hai loại : tôn silíc cán nóng và tôn silic cán lạnh . Nhiều năm trước đây ,lõi sắt biến áp chủ yếu dùng tôn cán nóng .Nhưng do suất tổn hao lớn làm cho tôn hao không tải ,dòng không tải tăng lên .Vì thế gần đây tôn cán nóng không được sử dụng nữa mà đã được thay thế bằng tôn cán lạnh dày 0,35 mm hoặc nhỏ hơn nữa .Dùng tôn cán mỏng dưới 0,5mm thì sẽ có nhược điểm là số lần cắt dập ,lắp ghép lá thép tăng lên ,giá thành về công nghệ lõi thép tăng lên .Nhưng bù lại chúng lại có suất tổn hao nhỏ . Khác với máy biến điện áp điện lực ,mật độ từ cảm trong trụ thường chọn lớn (với tôn cán lạnh có thể chọn lên tới 1,6 ÷ 1,65 T đặc biệt có khi lên tới 1,7T) ,mật độ từ cảm trong trụ của máy biến điện áp lại thường chọn thấp (thường nằm trong dải tuyến tính của đặc tính đường cong từ hóa của loại thép được chọn ) nghĩa là thường chọn từ 0,8 ÷ 1T . Việc chọn mật độ từ cảm trong trụ của máy biến điện áp thấp như vậy có lý do sau : -làm tăng tiết diện lõi sắt lên . -tăng độ nhạy cho máy biến điện áp . 2. Cuộn dây Cuộn dây thứ cấp và sơ cấp là một phần cơ bản và quan trọng nhất của mỗi máy biến điện áp .Tính toán và thiết kế kết cấu cuộn dây thực chất là việc chọn kiểu cuộn dây ,xác định các thông số cuộn dây : số vòng dây ,kích thước dây quấn và cuộn dây . Các tham số về cuộn dây phải được lựa chọn phù hợp với đặc tính về điện từ , cách điện và đặc tính nhiệt của biến áp . Việc chọn kiểu cuộn dây cần phải theo chỉ dẫn về khả năng công nghệ và chi phí vật liệu . Trong cuộn dây còn có màn điện dung để bảo vệ cuộn dây khỏi quá điện áp . a. Dây quấn . Yêu cầu chung : Gồm yêu cầu về vận hành và yêu cầu về chế tạo *Yêu cầu về vận hành gồm các mặt điện , cơ và điện . + Về mặt điện : ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 28
30. * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* khi vận hành thường dây quấn biến áp có điện áp , do đó cách điện của biến áp phải tốt , nghĩa là phải chiu được điện áp làm việc bình thương và quá điện áp do đóng ngắt mạch trong lưới điện hay do sét (quá điện áp thiên nhiên ) gây nên , ảnh hưởng của quá điện áp do đóng ngắt mạch với điện áp bình thường , thường chủ yếu là đối với cách điện chính của biến áp , tức là cách điện giữa các dây quấn với nhau và cách điện giữa với vở máy ; còn quá điện áp do sét đánh lên đường dây thường ảnh hưởng đến cách điện dọc của biến áp , tức là giữa các vòng dây , lớp dây hay giữa các bánh dây của từng dây quấn . + về mặt cơ học : Dây quấn không bị biến dạng hoặc hư hỏng dưới tác dụng của lực cơ học do dòng điện ngắn mạch gây ra . + Về mặt chịu nhiệt : Khi vận hành bình thường cũng như trong trường hợp ngắn mạch , trong một thời gian nhất định ,dây quấn không được có nhiệt độ quá cao .Vì lúc đó chất cách điện sẽ bị nóng quá mà chóng hư hỏng hoặc bị già hoá làm cho nó mất tính đàn hồi ,hóa giòn và mất tính chất cách điện . Vì vậy khi thiết kế phải đảm bảo sao cho tuổi thọ của chất cách điện từ 15 ÷20 năm . *Yêu cầu về chế tạo : Kết cấu đơn giản , tốn ít nguyên liệu và nhân công , thời gian chế tạo ngắn và giá thành hạ nhưng vẫn đảm bảo được các yêu cầu về mặt vận hành . Vật liệu chính để chế tạo dây quấn là đồng có cách điện bằng vải hoặc êmay , tiết diện tròn hoặc chữ nhật .Do dòng quá bé nên cơ bản sử dụng dây quấn có tiết diện tròn .Đường kính dây được lựa chọn theo tiêu chuẩn về dây quấn . Việc cách điện dây thường khác nhau phụ thuộc vào đường kính dây , cấp điện áp và kết cấu của cuộn dây .Dây có các mác khác nhau phu thuộc vào cách điện chúng .Đối với các cuộn dây sơ cấp của các BU có điện áp 110KV và cao hơn thì chúng phải có độ cách điện cao hơn nhiều , thường sử dụng loại dây emay .Đối với các cuộn dây của các BU khô ( cách điện bằng epoxy ) thì sử dụng dây có cách điện chịu nhiệt cao , độ bền cao tẩm sơn emay không tan trong keo epoxy. b. Cách điện các chi tiết và vật liệu . Giá thành cách điện chiếm một tỷ lệ quan trọng trong giá thành chung của máy biến áp . Cách điện trong máy biến áp 110-220 KV chiếm đến 18 ÷20 % giá thành toàn bộ máy biến áp .Nếu chọn cách điện không hợp lý sẽ gây hư hỏng do tác dụng về cơ ,điện nhiệt hoặc lãng phí không cần thiết Các vật liệu cách điện cần phải không có tác dụng hoá học với dầu máy biến áp ,ngoài ra chúng không có khả năng bị oxy hoá và bị phân huỷ . ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 29
31. * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* Trước khi vận hành , các máy biến áp cần phải được thử nghiệm cách điện , điện áp thử có f= 50 Hz lấy từ nguồn riêng biệt , ở điều kiện khí hậu bình thường ( +200C ,p= 760 mmHg , độ ẩm 11g/m3 ) . Các chất cách điện được sử dụng chính : - Giấy cáp: Mã hiệu K –0,8 ; K-12 và K-17 chiều dày 0,08 ; 0,12 ; 0,17 mm .Trong máy biến áp thường sử dụng loại K-12 dày 0,12 để quấn dây đồng trong cuộn dây dưới dạng băng vải , chiều rộng có nhiều cỡ dùng làm cách điện giữa các lớp .Dưới dạng băng nhỏ rộng 2 ÷ 3 cm quấn thành từng lớp dày 0,1 đến 5 cm để cách điện dây dẫn ra và tăng cường cách điện cho những vòng đầu cuộn dây . - Giấy điện thoại : Làm thành từng cuôn rộng 500 ± 1000 mm dày 0,05 ± 5 % mm dùng để cách điện giữa các lớp . -Vải sơn : làm thành từng cuộn rộng 700 ± 1000 mm dày 0,17 ; 0,2 ; 0,24 mm .Vải sơn có dạng băng rộng 2 ÷ 3 cmdùng để quấn xung quanh dây dẫn ra ở những nơi đòi hỏi độ bền cơ học và đàn hồi .Vải sơn đen tuyệt đối không được dùng vì nó tẩm hắc ín.Nếu ngâm trong dầu ,dầu sẽ hoà tan hắc ín. -Băng vải sợi : có hai loại +Loại sợi chéo dày 0,58 ± 0,02 mm + Loại sợi thẳng dày 0,28 ± 0,02mm rộng từ 1,5 ÷ 5 -Bìa cách điện : Chế tạo thành từng tấm có kích thước 900x1000mm dày 0,5mm; 850x3600 dày 1,0 ;1,5;2,0;2,5 và 3mm .Hay thành từng cuộn rộng 1000mm dày 0,5mm. Dùng để làm tấm cách điện của cuộn dây , làm bức vách , tấm chắn ,vòng đệm và làm ống cách điện giữa các cuộn dây . -Thành phẩm giấy bakêlit : Làm thành từng ống có độ bền cơ và điện cao .Chiều dày cả hai bên là 2,4,6,8mm và hơn nữa , dài đến 500mm .Làm dạng ống lớn để cách điện giữa cuộn dây và trụ sắt . -Ghê -ni –tắc : chế tạo bằng giấy tẩm sơn bakelit ép chặt ở nhiệt độ cao .Làm thành từng phiến có chiều dày khác nhau có độ bền cơ và điện cao .Dùng để bắt chặt đầu dây , làm bảng điều chỉnh điện áp . - Gỗ : Thường dùng gỗ dẻ trắng làm thanh đệm để lồng cuộn dây và cách điện hình trụ hay làm thanh đệm giữa các lớp dây , dùng để chêm giữa lõi sắt và cuộn dây BH. (các loại gỗ có nhựa như cây thông ,cây sồi không được dùng trong biến áp dâu). ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 30
32. * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* -Sứ : dùng làm làm vở máy hay cách điện giữa các đầu ra . -Giấy để dán -Sơn dầu -Sơn tẩm -Dầu máy biến áp : dùng làm cách điện và làm mát máy biến áp. c.Giới thiệu cuộn dây kiểu trụ(dây quấn hình ống nhiều lớp dây tròn). Đối với các BU sử dụng cuộn dây kiểu này : Các ống dây kiểu trụ thường đơn giản ,dễ chế tạo .Nếu sử dụng dây quấn tiết diện tròn thì việc quấn dây trên các ống cách điện 1,2 hoặc nhiều lớp , làm bằng giấy tẩm bakelit hoặc bìa cacton cách điện . Trong cuộn dây nhiều lớp , giữa các lớp dây được đặt giấy cáp và các lớp giấy cáp này phải cao hơn chiều cao của dây quấn từ 20 ÷50 mm (cả về hai phía ) và được quấn thêm những gờ bằng bìa cách điện nhằm mục đích làm bằng phẳng lớp dây . Các đầu dây quấn được đưa ra bằng chính dây dẫn đó hoặc với các dây tròn đường kính nhỏ hơn 0,69mm thi bằng các loại dây mềm nhiều lõi .Các vòng dây ngoài cùng có tiết diện tròn được kẹp cho khỏi bị trượt bằng các tấm phụ hoặc bằng cách cuốn các vòng dây ngoài cùng bằng các vòng giấy điện thoại . Các viền ngoài được chế tạo từ bìa cactôn cách điện và gắn bằng keo một bên .Việc kẹp chặt các vòng dây ngoài bằng cách buộc chúng bằng các đai và làm bằng phẳng các đâu cuộn dây bằng bìa cactông cách điện . Bên ngoài cuộn dây , thông thường được bó bằng lớp dây đai . Để đảm bảo độ bền cơ khí các ống dây của BU dầu có điện áp lớn hơn 10KV được tẩm bằng sơn ΓΦ - 95 .Đối với máy biến điện áp khô thì chống ẩm bằng loại sơn No 447 . d.giới thiệu cuộn dây kiểu trụ ,quấn bậc ở điện áp cao , với các cuộn dây nhièu lớp , được quấn từ dây có tiết diện nhỏ , mỗi lớp có số vòng dây lớn dẫn đến điện áp giữa các lớp là khá lớn .Điều này đòi hỏi phải tăng tăng chiều dày cách điện giữa các lớp .Do đó làm giảm hệ số điện đầy của cuộn dây , cuộn dây không được chặt , độ bền cơ khí kém . Trong trường hợp đó người ta chia cu ộn dây cuộn dây theo chiều hướng tr ục và thành nhiều bậc (hình 1.27 ) , nh ư vậy sẽ được cuộn dây kiểu trụ nhi ều bậc . Với cuộn dây như trên ,số vòng dây ở bậc tiếp theo có điện áp gi ữa các lớp giảm đi theo tỷ lệ với số b ậc quấn dây . Hơn nữa cuộn dây cu ộn dây được quấn chặt hơn . ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 31
33. * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* Hình 1.27 e.Cách điện các cuộn dây và bảo vệ chúng khi có quá điện áp BU được tính toán làm việc với thời gian dài trong lưới điện , có nghĩa là thường xuyên có điện áp trên các cuộn dây . Quá điện áp là hiện tượng điện áp tăng lên đáng kể so với điện áp định mức của BU . Vì vậy nguy hiểm cho cách điện của máy . Quá điện áp xẩy ra do hiện tượng tự nhiên (sóng sét ) , do đóng ngắt mạch , do chạm chập một pha nào đó . Cách điện của BU cuôn dây chia làm hai phần chính và dọc : - Cách điện chính là cách điện giữa cuộn dây với đất và giữa cuộn dây với nhau . - Cách điện dọc là cách điện bên trong mỗi cuội dây nghĩa là giữa các vòng dây ,lớp dây . Điện áp định mức và hiện tượng quá điện áp do chuyển mạch tác dụng chủ yếu lên cách điện chính của cuôn dây . Quá điện áp khí quyển tác động chủ yếu lên cách điện dọc của cuộn dây.Để BU làm việc lâu bền ,tin cậy , chắc chắn phải đảm bảo độ bền cách điện ở tần số công nghiệp (50Hz ) và độ bền xung . Độ bền cách điện dưới tác dụng của điện áp sẽ là lớn nhất khi điện áp chia đều theo các cuôn dây . Đối với các BU sử dụng cuôn dây kiểu ống trụ , chúng có ưu điểm so với các cuôn dây khác là sự phân chia ban đầu của áp xung ở chúng nhận được thực tế rất đều trên các lớp dây . Điều đó được giải thích như sau : Xung sét có dang dựng đứng , xuất hiện với thời gian đo được cỡ μs . Với xung như vậy có thể xem như là sóng có dạng hình sin với tần số cao . Khi ấy điện trở cảm ứng trong các vòng dây của cuộn dây tỷ lệ với ω.L trong đó ω =2Πf sẽ rất lớn .Do vậy điện áp xung sẽ được chia tỷ lệ thuận với điện dung trong của cuộn dây và điện trở của chúng là rất nhỏ 1 ( ). Tuy nhiên điện dung của các lớp gần bằng nhau nên điện áp xung ω .C được chia giữa các lớp là như nhau và cách điện bên trong (giữa các lớp ) của cuôn dây thực tế sẽ bền đều nhau . Cần thiết phải có bộ phận phụ cho cuôn dây ống hình trụ nhiều lớp , đó là màn điện dung , Nó bao luôn lớp trên và nối với đường dây vào . Màn điện dung dùng để cân bằng điện áp ở các vòng dây lớp trên (lớp vào ). Màn điện dung được làm bằng là nhôm hoặc tấm đồng latun mỏng , chiều rộng của nó bằng chiều cao cuộn dây . ở viền ngoài của màn , để tránh việc tạo ra từ trường cường độ lớn , người ta gấp thêm giấy cáp hoặc bìa cactôn kỹ thuật điện . 1.7 LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 32
34. * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* Sau khi đã tìm hiểu chung về các loại máy biến điện áp với nhiều kiểu kết cấu khác nhau .Với đề tài thiết kế máy biến điện áp 35KV ta chọn kiểu máy biến điện áp cảm ứng điện từ ngâm dầu . Đay là máy biến điện áp một pha hai dây quấn :dây quấn sơ cấp và dây quấn thứ cấp Lựa chọn kết cấu - mạch từ :hình chữ nhật ,trụ có ba bậc ,gông hình chữ nhật - dây quấn : dây quấn hình ống nhiều lớp dây tròn , thứ cấp cuốn phía trong một trụ ,còn cuọn sơ cấp cuốn bên ngoài và cuốn trên hai trụ , giưa hai dây quấn có rãnh dầu 1.8 TÍNH KHOẢNG CÁCH CÁCH ĐIỆN Các khoảng cách cách điện cho máy biến điện áp thiết kế được tra theo sách : - thiết kế máy biến áp của tác giả Phạm Văn Bình và Lê Văn Doanh . - thiết kế máy biến áp điện lực .của tác giả Phan Tử Thụ . - Sách khí cụ điện cao áp của bô môn Thiết Bị Điện –Điện Tử . Máy biến điện áp có cấp điện áp : U1=35/ 3 KV U2= 100 / 3 V + Điện áp thử và điện áp làm việc lớn nhất tra theo bảng 2 . Điện áp thử với tần số công nghiệp 50 Hz cho các máy biến áp ngâm dầu .( sách thiết kế máy biến áp điện lực của tác giả Phan Tử Thụ .) ta được : với Ut =85kv ta tra được : a21=1cm, lo= l’o =l’’o=1cm , a11=2cm , với Ut= 5kv có ao2 =0,2cm a’1 a1 a2 ao2 a11 ao2 a21 1.8NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ Nhiệm vụ của người thiết kế là phải thiết kế máy biến điện áp có dung lượng ,điện áp ,cấp chính xác theo tiêu chuẩn nhà nước ( các số ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 33
35. * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* liệu đã cho ).Máy biến điện áp phải có những đặc tính phù hợp với tiêu chuẩn kỹ thuật đã qui định như : điện áp ,hiệu suất phải đảm bảo chắc chắn độ bền nhiệt ,điện, cơ ,và đồng thời công nghệ chế tạo đơn giản ,giá thành hạ ,bảo quản và sửa chữa dễ dàng .Thực tế thiết kế cho thấy rằng cũng những số liệu ban đầu ( dung lượng ,điện áp ,cấp chính xác )ta có thể có được những quan hệ khác về kích thước ,về giá thành ,về trọng lượng của máy biến điện áp .Do đó có nhiều phương án thiết kế khác nhau cho nên người thiết kế phải biết lựa chọn một phương án thích hợp nhất với các yêu cầu đã cho . Công việc thiết kế gồm có các phần sau : 1. định nhiệm vụ kỹ thuật : định rõ công dụng của sản phẩm ,phạm vi ứng dụng ,tạm thời định hình dáng của máy biến điện áp như kết cấu ,phương thức làm mát . 2. tính toán : -các kích thước chính -thiết kế cuộn dây -chọn kết cấu cách điện -tính toán đặc tính của máy -tính toán nhiệt ,thiết kế vỏ thùng . 3.thiết kế thi công : vẽ rõ toàn bộ kết cấu và từng chi tiết của máy ,tính toán trọng lượng ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 34
36. * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* CHƯƠNG II TÍNH TOÁN ĐIỆN TỪ CỦA MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 2.1 TÍNH TOÁN CÁC KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU I.XÁC ĐỊNH CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐIỆN CƠ BẢN 1. dòng điện định mức pha Sdm 150. 3 phía cao áp : I1dm = = = 0.0074 (A) U1dm 35000 Sdm 150. 3 phía hạ áp : I 2dm = = = 2,6 (A) U 2dm 100 2. điện áp thử nghiệm của dây quấn theo bảng 2 sách thiết kế máy biến áp của tác giả pha Tử Thụ : bên cao áp : U1 =35/ 3 kv có Ut=55 kv bên hạ áp : U2 = 100/ 3 v có Ut = 5 kv II. TÍNH CÁC KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU 1. tiết diện trụ của mạch từ theo công thức sách thiết kế máy biến áp của tác giả Phạm Văn Bình ta có : 2 St = 1,2 S = 1,2 150 = 14,7 cm Khi máy biến điện áp làm việc với lưới điện trung tính cách ly . Để máy biến điện áp chịu được sự cố ngắn mạch một pha nào đó của lưới điện ,lúc đó điện áp tăng 3 lần ,để dòng từ hoá không đạt đến trị số nguy hiểm thì tiết diện mạch từ cũng phải tăng 3 lần . 2 S’t = 3 St = 3 .14,7 = 25,5 cm 2.đường kính trụ mạch từ theo sách thiết kế máy biến áp của tác giả Phan Tử Thụ ta có S' π.d 2 4.S' 4.25,5 t = → d = t = =6,3 (cm) K ld 4 K ld .π 0,821.3,14 trong đó: kld=kc.kd=0,851.0,965=0,828 kld là hê số lợi dụng của lõi sắt kc hệ số ép chặt ,tra được kc= 0.851 kd hệ số điền đầy ,tra được kd= 0.965 1. đường kính trung bình của rãnh dầu d21= a.d=1,3.6,3=8,2 cm chọn a= 1,3 4.chiều cao cuộn dây Từ công thức (2-30) sách thiết kế máy biến áp của tác giả Phan Tử Thụ ta có : ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 35
37. * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* π.d π.d 3,14.8,2 β = 21 → l = 21 = = 15,15 (cm) l β 1,7 2.2.TÍNH TOÁN DÂY QUẤN I.DÂY QUẤN HẠ ÁP 1.số vòng dây hạ áp theo sách thiết kế máy biến áp của tác giả Phan Tử Thụ ta có U 2dm 100 w2 = == = 102,01 vong U v 3.0,566 lấy w2 = 102 vòng trong đó : -4 Uv =4,44.f.Bt.St.10 = 4,44.50.1.25,5=0,566 V là sức điện động của một vòng dây Bt là cường độ từ cảm trong trụ sắt ,chọn Bt=1T 2 St =25,5 cm 2. tính lại điện áp của một vòng dây U 2dm 100 U v = = = 0,566 v / vong w2 3.102 trong đó : U2đm =100/ 3 V là điện áp định mức hạ áp W2 = 102 vòng là số vòng dây hạ áp 2 3.chọn mật độ dòng điện trong dây quấn hạ áp :Δ2=1A/mm 4.tiết diện dây quấn hạ áp I 2dm 2,6 2 q2 = = = 2,6 mm Δ 2 1 trong đó : I2đm =2,6 A là dòng điện định mức thứ cấp 2 Δ2 = 1 A/mm là mật độ dòng điện hạ áp 2 5.từ tiết diện dây quấn q2=2,6mm ta chọn dây quấn có kích thước 2 :d2/d2’=1,81/1,905; q2’= 2,57 mm 6.chọn kiểu dây quấn hạ áp là dây quấn hình ống nhiêu lớp dây tròn 7.mật độ dòng điện thực I 2 dm 2,6 2 Δ 2 = = = 1,01 A/ mm q2 ' 2,57 trong đó : I2đm =2,6A là dòng điện định mức thứ cấp 2 q2’ =2,57 mm là tiết diện dây dẫn hạ áp 8.số vòng dây trong một lớp 3 l2 .10 15,15.10 wl 2 = −1 = −1 = 75,64 vong d 2 ' 1,,905 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 36
38. * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* lấy wl2=76 trong đó : l2 =15,15 cm là chiều cao cuộn quấn d2’ = 1,905 mm là đường kính kể cả cách điện của dây dẫn hạ áp 9.tính lại chiều cao dây quấn l=d2’.(wl2 +1) =1,905.77=147 mm = 14,7 cm trong đó : d2’ = 1,905 mm là đường kính ngoài của dây dẫn wl2 =76 vòng là số vòng dây thực của dây quấn hạ áp 10.số lớp của dây quấn w2 102 n2 = = =1,34 (lop) wl 2 76 trong đó : w2 = 102 vòng là số vòng hạ áp wl2 = 76 vòng là số vòng dây của một lớp 11.chiều dày của dây quấn hạ áp a2 = n2 .d’2+ (n2-1).δl2 =2.1,905+ 0,1= 3,9 mm trong đó : δl2 là khoảng cách cách điện giữa hai lớp dây quấn hạ áp . chọn δl2=0.1mm 12.đường kính trong của dây quấn hạ áp D2’= Dt + 2 a02= 6,3 + 2.0,2 = 6,7 cm Trong đó: với Ut =85kv ta tra được : a21=1cm, lo=1cm , a11=2cm , với Ut= 5kv có ao2 =0,2cm 13.đường kính ngoài cuộn dây hạ áp D2’’ =D2’ + 2.a2 = 6,7 +2.0,39 = 7,48 cm Trong đó : D2’ = 6,7 cm là đường kính trong của dây quấn hạ áp a2 = 0,39 cm là chiều dày của dây quấn hạ áp 14.bề mặt làm nguội cuộn dây hạ áp Dây quấn hạ áp quấn trực tiếp lên ống cách điện và không có rãnh dầu thì có một mặt làm lạnh ,nên được tính theo công thức : -4 -4 2 M2 = k.Π. D2’’.l2 .10 = 1 .3,14.7,48.14,7.10 =0,034m Trong đó : D2” = 7,48 cm là đường kính ngoài cuộn dây hạ áp l2 =14,7 cm là chiều cao cuộn quấn K=1 là hệ số tính đến bề mặt làm lạnh bị các chi tiết khác che khuất 15.Trọng lượng đồng của dây quấn hạ áp ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 37
39. * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* ' '' D 2 + D 2 6,7 + 7,48 G = 28.t. .w .q .10−5 = 28.1. .102.2,57.10−5 = 0,52 kg cu2 2 2 2 2 trong đó : D2’ =6,7 cm là đường kính trong của dây quấn hạ áp D2” = 7,48 cm là đường kính ngoài cuộn dây hạ áp w2 = 102 vòng là số vòng hạ áp 2 q2’ = 2,57 mm là tiết diện dây dẫn hạ áp t = 1 là số trụ quấn dây hạ áp 16.tính lại đường kính rãnh dầu d21=Dt + 2a02 + 2a2 +a21=6,3 +2.0,2 +2.0,39 + 1 = 8,48 cm trong đó : Dt=6,3 cm là đường kính trụ sắt ao2 =0,2 cm là bề dầy cách điện giữa dây quấn và trụ sắt a2 = 0,39 cm là chiều dày của dây quấn hạ áp a21=1 cm là bề dầy rãnh dầu giữa dây quấn hạ áp và cao áp 17 .tính lại tỷ số kích thước cơ bản theo công thức (2-30)sách thiết kế máy biến áp của tác giả Phan Tử Thụ : π.d 3,14.8,48 β = 21 = = 1,81 l 14,7 trong đó : d21=8,48 cm là đường kính rãnh dầu l=l1= l2 =14,7 cm là chiều cao cuộn quấn II .DÂY CUỐN CAO ÁP 1. số vòng dây quấn cao áp U1dm 35000 w1 = = = 35702 vong U v 3.0,566 trong đó : U1đm =35000/ 3 V là điện áp đinh mức cao áp Uv = 0,566 V là điện áp của một vòng dây 2 2.sơ bộ chọn mật độ dòng diện Δ1=0,6 A/mm 3.tiết diện dây quấn cao áp I1dm 0,0074 2 q1 = = = 0,0123mm Δ1 0,6 trong đó : I1dm =0,0074A là dòng điện định mức cao áp 2 Δ1 = 0,6 A/mm là mật độ dòng điện cao áp 4.chọn kiểu dây quấn cao áp là dây quấn hình ống nhiều lớp dây tròn 2 5.căn cứ vào q1=0,0123 mm theo bảng VI.1 sách thiết kế máy biến áp của tác giả Nguyên Hồng Thanh và Trần Khánh Hà ta chon được 2 dây dẫn có kích thước :d1/d1’= 0,13/0.152 , q1’= 0,01327 mm ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 38
40. * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* 6.mật độ dòng điện thực I1 0.0074 2 Δ1 = = = 0,56A/ mm q1 ' 0,01327 2 q1’ = 0,1327mm là tiết diện dây quấn cao áp I1dm =0,0074A là dòng điện định mức cao áp 7.số vòng dây của một lớp dây quấn l1.10 14,7.10 wl1 = −1 = −1 = 967,1vong d1 ' 0,152 trong đó : l1= l2 =14,7 cm là chiều cao cuộn quấn d1’ = 0,152 mm là đường kính kể cả cách điện của dây dẫn cao áp 8.điện áp giữa hai lớp dây quấn U12= 2.wl1.Uv= 2.967.0,566 =1094,6V Trong đó : wl1 = 967 là số vòng dây quấn của một lớp dây quấn cao áp Uv = 0,566 V là điện áp của một vòng dây 9.với U12= 1094,6 V tra bảng 26 theo sách thiết kế máy biến áp của tác giả Phan Tử Thụ ta có thẻ xác định được bề dày cách điện giữa hai lớp là vải thuỷ tinh . δl1=3.0,12=0,36 mm 10.mỗi bên trụ ta quấn một nửa số vòng dây W1 35702 W’1 = W’’1= = = 17851 vong 2 2 11.số lớp dây quấn ở mỗi trụ W '1 17851 n1 = = = 18,46 lop Wl1 967 mỗi trụ phải quấn tới lớp thứ 19 12.đường kính trong của dây quấn cao áp phía có dây quấn hạ áp D21’= D2’’ + 2.a21 = 7,48 +2.1 = 9,48cm Trong đó : D2” = 7,48 cm là đường kính ngoài cuộn dây hạ áp a21=1 cm là bề dầy rãnh dầu giữa dây quấn hạ áp và cao áp 13.bề dầy của dây quấn cao áp ở mỗi trụ lớp đầu tiên của dây quấn cao áp được tăng cường cách điện lớn hơn khoảng 10% so với dây chính a1 = d1’.n1 + δl1.(n1 - 1) + 0,1.d’1= 0,152.19 + 0,36.18 + 0,1.0,152 = 9,4 mm = 0,94 cm trong đó : d1’ = 0,152 mm là đường kính kể cả cách điện của dây dẫn cao áp n1 = 19 là số lớp dây quấn cao áp ở mỗi trụ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 39
41. * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* δl1 = 0,36 mm là bề dầy cách điện giữa hai lớp dây quấn cao áp 14. đường kính ngoài của dây quấn cao áp bên trụ có dây quấn hạ áp D21”=D21’ +2a1 = 9,48 + 2.0,94= 11,36 cm Trong đó : D21’ = 9,48 cm là đường kính trong của dây quấn cao áp phía có dây quấn hạ áp a1 = 0,94cm là bề dầy của dây quấn cao áp ở mỗi trụ 15.cách điện giữa dây quấn cao áp va trụ bằng ống giấy bakelit dầy 1cm 16.đường kính trong của dây quấn cao áp bên trụ không có dây quấn hạ áp D1’= Dt + 2 a01 = 6,3 + 2.1= 8,3 cm Trong đó : Dt= 8,3 cm là đường kính trụ sắt ao1 =1cm là bề dầy cách điện giữa trụ và dây quấn cao áp 17.đường kính ngoài của dây quấn cao áp bên trụ không có dây quấn hạ áp D1”= D1’+ 2.a1= 8,3 + 2.0,94 = 10,18cm Trong đó : D1’= 8,3 cm là đường kính trong của dây quấn cao áp phía không có dây quấn hạ áp a1= 0,94 cm là bề dầy dây quấn cao áp ở mỗi trụ 18.khoảng cách giữa hai trụ D" +D" 10,18 +11,36 C = 1 21 + a = + 2 =12,77 cm 2 11 2 trong đó : D1’’= 10,18 cm là đường kính ngoài của dây quấn cao áp bên trụ không có dây quấn hạ áp D21’’= 11,36 cm là đường kính ngoài của dây quấn cao áp bên trụ có dây quấn hạ áp a11= 2cm là khoảng cách giữa hai cuộn dây cao áp c a11 a’1 a1 a2 ao2 ao2 l a21 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 40
42. * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* 19.bề mặt làm lạnh của dây quấn cao áp ở cả hai trụ -4 -4 M1=k.Π.(D1”+D21”)l.10 = 1.3,14.(10,18+ 11,36).14,7.10 2 =0,0994 m Trong đó : D1’’= 10,18 cm là đường kính ngoài của dây quấn cao áp bên trụ không có dây quấn hạ áp D21’’= 11,36 cm là đường kính ngoài của dây quấn cao áp bên trụ có dây quấn hạ áp K=1 là hệ số tính đến bề mặt làm lạnh bị các chi tiết khác che khuất 20.trọng lượng của dây quấn cao áp D'21 +D"21 D'1 +D''1 −5 Gcu1 = 28( + ).w'1.q1.10 = 2 2 trong 9,48 +11,36 8,3 +10,18 = 28( . + .).17851.0,01327.10−5 = 1,3 kg 2 2 đó : D21’ =9,48 cm là đường kính trong của dây quấn cao áp bên trụ có dây quấn hạ áp D21” = 11,36 cm là đường kính ngoài cuộn dây cao áp bên trụ có dây quấn hạ áp D1’= 8,3 cm là đường kính trong của dây quấn cao áp bên trụ không có dây quấn hạ áp D1’’= 10,18 cm là đường kính ngoài của dây quấn bên trụ không có dây quấn hạ áp W1’= W”1 = 17851 là số vòng dây cao áp bên mỗi trụ 2 q1’ = 0,01327 mm là tiết diện dây dẫn cao áp 21.trọng lượng đồng của cả máy biến điện áp Gcu= Gcu1+Gcu2 = 1,3 + 0,52 = 1,82 kg ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 41
43. * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* III. TÍNH TOÁN CUỐI CÙNG VỀ HỆ THỐNG MẠCH TỪ Ta chọn kết cấu lõi thép kiểu một pha 2 trụ ,lá thép ghép xen kẽ làm bằng tôn cán lạnh 3404 dày 0,35mm ,có 4 mối nối thẳng ở 4 góc .máy có công suất nhỏ và trụ có đường kính Dt <0,22 m nên dùng mêm gỗ suốt và giấy bakêlit giữa ống giấy bakêlit với trụ . Từ đường kính trụ Dt = 6,3 cm, ta chọn tiết diện trụ có 3 bậc và kích thước các lá thép như hình vẽ . b a3=0,424Dt 3 a2=0,707Dt b2 a1=0,905Dt 45mm b1 Dt Dt 1.chiều rộng của các bậc thang trong trụ : chiều rộng của bậc một là : a1=0,905.Dt = 0,905.6,3 = 5,7 cm chiều rộng của bậc hai là : a2= 0,707.Dt = 0,707.6,3 = 4,45 cm chiều rộng của bậc ba là : a3= 0,424.Dt = 0,424.6,3 = 2,67 cm 2.chiều dày các bậcthang trong trụ : chiều dày bậc một: a3 2,67 b1 = = = 1,34 cm 2 2 chiều dày bậc hai : a2 − a3 4,45 − 2,67 b2 = = = 0,89 cm 2 2 chiều dày bậc ba : a1 − a2 5,7 − 4,45 b3 = = =0,625 cm 2 2 3.tiết diện tổng các bậc thang trong trụ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 42
44. * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* Sbt= 2 ∑ at.bt =2.( 5,7.1,34 + 4,45.0,89 + 2,67.0,625 )= 26,5 cm2 2.tiết diện tác dụng của trụ 2 St= kd.Sbt =0,965 .26,5= 25,6 cm Trong dó :kd là hệ số ép chặt ,theo bảng 10 sách thiết kế máy biến áp của tác giả Phan Tử Thụ ,với lá tôn chịu nhiệt được phủ sơn cách điện ta có kd=0,965 3.tiết diện tổng của gông 2 Sbg=kG .Sbt=1,15.26,5 = 30,5 cm Trong đó : chon kG=1,15 4.tiết diện tác dụng của gông 2 Sg=kd.Sbg=0,965.30,5 = 29,4 cm Trong đó : kc=0,965 5.bề dày gông bg= 2.(1,34 + 0,89 + 0,625)= 5,71 cm 6.chiều cao gông sbg 29,4 hg = = =5,15 cm bg 5,71 trong đó : 2 Sbg=29,4 cm là tiết diện tác dụng của gông bg= 5,71 cm là bề dầy gông 7.số lá thép trong các bậc thang của trụ 13,4.0,965 bậc một : n = 2 = 74(la) 1 0,35 8,9.0,965 bậc hai : n = 2 = 48(la) 2 0,35 6,25.0,965 bậc ba : n = = 34(la) 1 0,35 tổng số lá tôn trong trụ : Nt = n1+ n2 + n3 =74 + 48 + 34 =156 lá 7.số lá thép trong gông Ng =Nt =156 lá 8.chiều cao trụ sắt lt= l+(lo’+lo”)=14,7 + 2.1 = 16,7 cm trong đó : lo= lo’ =lo” = 1cm,là khoảng cách cách điện từ dây quấn tới gông. l =14,7 cm là chiều cao cuộn dây 9.trọng lượng sắt một góc mạch từ -6 -6 Go = St.hg .γ.10 = 25,6.5,15.7650.10 = 1 kg Trong đó : 2 St =25,6 cm là tiết diện tác dụng của trụ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 43
45. * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* hg = 5,15 cm là chiều cao gông γ= 7560 kg/m3 là tỷ trọng thép 10.trọng lượng sắt gông :gôm hai phần Phần thẳng nằm giữa hai trụ : -6 Gg=2.C.Sg.γ.=2.12,77.29,4.7650.10 = 5,74kg Trong đó : C=12,77 cm là khoảng cách giữa hai trụ 2 Sg =29,4 cm là tiết diện tác dụng của gông γ= 7650 kg/m3 là tỷ của trọng thép Phần gông ở các góc G0 G’’g=4 = 2.G = 2.1 = 2 kg 2 0 Trong đó : Go = 1 kg là khối lượng góc mạch từ Gg = G’g+G’’g =5,74+2=7,74kg 11.trọng lượng sắt trụ : gồm hai phần Trọng lượng sắt ứng với chiều cao cửa sổ mạch từ -6 G’t= 2.St.lt.γ.=2.25,6.16,7.7650.10 =6,54 kg Trong đó : 2 St =25,6 cm là tiết diện tác dụng của trụ lt= 16,7 cm chiều cao trụ sắt γ= 7650 kg/m3 là tỷ của trọng thép với tiết diện gông hình chữ nhật ,trọng lượng sắt của phần trụ nối với gôngG’’t=0 do đó Gt =G’t=6,54kg 12.trọng lượng sắt toàn bộ trụ và gông GFe=Gt+Gg= 6,54 + 7,74= 14,28 kg ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 44
46. * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* IV. TÍNH TOÁN CÁC THAM SỐ NGẮN MẠCH A.TỔN HAO NGẮN MẠCH 1.tổn hao đồng bên cao áp . 2 2 pcu1= 2,4.Δ 1 .Gcu1 = 2,4.0,6 .1,3=1,12 W trong đó : 2 Δ1 = 0,6 A/mm là mật độ dòng điện cao áp Gcu1 = 1,3 kg là trọng lượng đồng dây quấn cao áp 2.tổn hao đồng bên hạ áp 2 2 pcu2= 2,4.Δ 2 .Gcu2 = 2,4.1 .0,52 =1,25 W trong đó : 2 Δ2 = 1A/mm là mật độ dòng điện hạ áp Gcu2 = 0,52 kg là trọng lượng đồng dây quấn hạ áp 3.tổng tổn hao đồng pn = pcu1+pcu2=1,12 + 1,25=2,37 w B.ĐIỆN ÁP NGẮN MẠCH 1.thành phần điện áp ngắn mạch tác dụng p 2,37.103 U = n = = 1,58 % a 10.S 10.150 trong đó : pn = 2,37 W là tổng tổn hao đồng S=150VA là công suất máy biến điện áp 2.thành phần điện áp ngắn mạch phản kháng −3 −3 −3 7,9. f .S.β.ar .kr 10 7,9.50.150.10 .1,81.1,76.0,93.10 U nx = 2 = 2 = 0,55% U v 0,566 trong đó : f =50 hz là tần số dòng điện S=150VA là công suất máy biến điện áp a + a 2.0,94 + 0,39 a = a + 1 2 = 1+ = 1,76 cm r 21 3 3 β=1,81 a21 + 2.a1 + a2 1+ 2.0,94 + 0,39 kr =1− = 1− = 0,94 Π.l 3,14.14,7 3.điện áp ngắn mạch 2 2 2 2 U n = U nr +U nx = 1,58 + 0,55 = 1,67% ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 45
47. * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* V.TÍNH TỔN HAO KHÔNG TẢI VÀ DÒNG ĐIỆN KHÔNG TẢI a.tính tổn hao không tải Tổn hao không tải trong BU gồm có :tổn hao trong lá thép silic ,tổn hao đồng trong dây quấn do dòng điện không tải ix gây ra . Tổn hao đồng lúc không tải ở dây quấn sơ cấp rất nhỏ có thể bỏ qua ,do đó chỉ xét đến tổn hao trong lá thép silic. Tổn hao không tải gồm hai phần : tổn hao trong trụ sắt và tổn hao trong gông từ : P0 = kf (pt .Gt + pg.Gg) (W) Trong đó : -kf là hệ số tổn hao phụ xét đến các yếu tố như Bt và Bg phân bố không đều hoặc do công nghệ chế tạo lõi thép bị bavia, hay xếp không cùng chiều làm P0 tăng lên. - pt, pg là suất tổn hao của trụ và gông ,tức là tổn hao của 1kg thép silic trong trụ và gông (W/kg) Đối với thép cán lạnh tổn hao sắt còn phụ thuộc vào các góc nối giữa trụ và gông của lõi thép . Vì vậy cần phải nhân thêm các hệ số tổn hao ,trong tính toán sơ bộ tổn hao không tải đối với lõi thép có kết cấu mạch từ phẳng ,có thể dùng công thức sau : k po ⎡ k po .Go ⎤ P0 = k pf .pt (Gt +Go . ) + k pf .pg ⎢Gg − (N + 2)Go + ⎥ (W) 2 ⎣ 2 ⎦ trong đó : -kpf là hệ số tổn hao phụ chung -kpo là hệ số gia tăng tổn hao góc nối 1.từ cảm trong trụ 4 U v 0,566.10 Bt = = = 1T 4,44. f .St 4,44.50.25,6 trong đó : Uv= 0,566 V là điện áp một vòng dây f =50 hz là tần số dòng điện 2 St =25,6 cm là tiết diện tác dụng của trụ 2.từ cảm trong gông 4 4 U v .10 0,566.10 Bg = = = 0,87T 4,44. f .S g 4,44.50.29,4 trong đó : Uv= 0,566 là điện áp một vòng dây f =50 hz là tần số dòng điện 2 Sg=29,4 cm là tiết diện tác dụng của gông 3.tổn hao không tải ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 46
48. * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* theo bảng 45 với tôn 3404 dày 0,35mm tra được các suất tổn hao tương ứng Bt =1 T; pt =0,475 W/kg ; Bg=0,87T; pg = 0,376 w/kg Trong tính toán sơ bộ có thể dùng công thức sau: k po ⎡ k po .Go ⎤ Po = k pf .pt (Gt +Go . ) + k pf .pg ⎢Gg − (N + 2)Go + ⎥ 2 ⎣ 2 ⎦ Trong đó : kpf =1,12 là hệ số xét các ảnh hưởng của các tổn hao phụ ,tra bảng 48 sách thiết kế máy biến áp điện lực của tác giả Phan Tử Thụ kpo =7,84 là hệ số tổn hao ở góc nối đối với số góc nối có mối nối thẳng của mạch từ phẳng ghép xen kẽ với mã hiệu tôn 3404,tra bảng 47 sách thiết kế máy biến áp điện lực của tác giả Phan Tử Thụ Gt = 6,54 kg Gg = 7,74 kg Go =1 kg N là số lượng góc nối của mạch từ cần phải tính đến ảnh hưởng của tổn hao sắt ,với máy biến điện áp một pha N=2. Thay số vào ta được : 7,84 7,84.1 p = 1,12.0,475(6,54+1 ).+1,12.0,376.[7,74− (2 + 2)1+ ] 0 2 2 = 8,8 w b.dòng điện không tải Dòng điện không tải có thể chia làm hai thành phần : thành phần tác dụng và thành phần phản kháng . Thành phần tác dụng của dòng không tải là : P0 I or = (A) U f trong đó : P0 tính bằng W Uf là điện áp pha của dây quấn sơ cấp (V) Thường người ta không tính trị số có tên mà tính theo phần trăm so với dòng điện định mức . I or P0 S P0 ior % = .100=( : ).100= .100 (%) I f U f U f S Thành phần phản kháng của dòng điện không tải là Iox ,việc tính toán nó có phần phức tạp hơn . Để tìm được I0x ta hãy tìm công suất phản kháng Q0 (hay còn gọi là công suất từ hoá )tương ứng sinh ra nó . Ta có thể xem công suất từ hoá gồm ba phần : Phần trong trụ sắt : ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 47
49. * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* Q0t = qt .Gt (va) Trong đó : - qt suất từ hoá của trụ sắt tương ứng với từ cảm Bt (va/kg) - Gt là trọng lượng trụ sắt Phân trong gông từ : Qog = qg .Gg (va) Trong đó : - qg suất từ hoá của gông từ tương ứng với từ cảm Bg (va/kg) - Gg là trọng lượng gông từ Phần trong khe hở không khí : Qok = Σ nkqkSk Trong đó : -nk là số khe hở không khí trong lõi thép 2 -qk là suất từ hoá trong khe hở không khí (va/m ) 2 -Sk là diện tích bề mặt khe hở (m ) Vây công suất từ hoá toàn phần : Q0 = Q0t + Q0g + Q0k = qt .Gt + qg .Gg + Σ nkqkSk Cần chú ý rằng khi tính toán dòng điện không tải của máy biến áp làm bằng thép cán lạnh thông qua công suất từ hoá cũng giống như tính tổn hao không tải cần phải chú ý đến các hệ số tổn hao . Trong tính toán sơ bộ , có thể dùng công thức sau để tính công suất từ hóa . k k .k Q = k' .k" q .(G + io G ) + .k' .k" .q [ G + ig ir .G − (N + 2)G ] o if if t t 2 o if if g o 2 o o + k"if ∑ qk .nk .S k trong đó : k’if =kib.kic k”if =kig.kie.kit kio =36 là hệ số gia tăng dòng điện không tải do công suất từ hóa tăng lên . kig hệ số làm tăng công suất từ hóa ở gông kir là hệ số kể đến ảnh hưởng do chiều rộng lá tôn ở các góc mạch từ 1.công suất phản kháng theo bảng 50 ta tìm được các suất từ hóa tương ứng 2 với Bt = 1T thì qt=0,548 va/kg; qkt=1000 va/m 2 với Bg =0,87T thì qg= 0,438 va/kg; qkg=543 va/m Trong tính toán sơ bộ có thể dùng công thức sau: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 48
50. * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* k k .k Q = k' .k" q .(G + io G ) + .k' .k" .q [ G + ig ir .G − (N + 2)G ] o if if t t 2 o if if g o 2 o o + k"if ∑ qk .nk .S k trong đó : k’if =kib.kic =1,2 đối với mạch từ phẳng với tôn cán lạnh có ủ sau khi cắt dập k”if =kig.kie.kit =1,07.1,04= 1,11 kio =36 là hệ số gia tăng dòng điện không tải do công suất từ hóa tăng lên . kig = 1,0 hệ số làm tăng công suất từ hóa ở gông kir = 1,3 là hệ số kể đến ảnh hưởng do chiều rộng lá tôn ở các góc mạch từ Gt = 6,54 kg Gg = 7,74 kg Go =1 kg N là số lượng góc nối của mạch từ cần phải tính đến ảnh hưởng của tổn hao sắt ,với máy biến điện áp một pha N=2. Thay số vào ta được : 36 ⎡ 1,3 ⎤ Qo =1,2.1,11.0,548(6,54+ .1) +1,2.1,11.0,438. 7,74 + .1− 4.1 + 2 ⎣⎢ 2 ⎦⎥ +1,11[]2.25,6.10−4.1000+ 2.29,4.10−4.543 = 29,7va 2.các thành phần dòng điện không tải P 8,8 i = o = =0,059 or S 150 Q 29,7 i = o = =0,198 p S 150 VI .CÁC THAM SỐ CỦA MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 1.điện trở ngắn mạch của dây quấn các điện trở của dây quấn sơ cấp và thứ cấp được tính theo công thức (3- 56a) và (3-56b) trong sách Máy điện 1 của các tác giả :Vũ Gia Hanh ,Trần Khánh Hà ,Phan Tử Thụ ,Nguyễn Văn Sáu . a.điện trở của dây quấn sơ cấp : w1.ltb1 −2 r1 = kr .ρ75 . 10 s1 trong đó : kr =1,03 là hệ số kể đến tổn hao gây nên bởi từ trường tản 0 ρ75 =1/47 là điện trở suất của đồng ở 75 ltb1 là chiều dài trung bình của một vòng dây sơ cấp . (D'21 +a1 ) + (D'1 +a1 ) (9,48 + 0,94) + (8,3 + 0,94) ltb1=Π. = 3,14. = 30,9cm 2 2 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 49
51. * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* thay số vào ta được : 1 35702.30,9 r = 1,03. . .10−2 = 18,22 (kΩ) 1 47 0,01327 b.điện trở của dây quấn thứ cấp : w2 .ltb2 −2 r2 = kr .ρ75 . 10 s2 trong đó : kr =1,03 là hệ số kể đến tổn hao gây nên bởi từ trường tản 0 ρ75 =1/47 là điện trở suất của đồng ở 75 ltb2 là chiều dài trung bình của một vòng dây thứ cấp . ltb1=Π.(D’2+a2) = 3,14.(6,7 + 0,39) = 22,26 cm. thay số vào ta được : 1 102.22,26 r = 1,03. . .10−2 = 0,194 Ω 2 47 2,57 c.điện trở ngắn mạch w1 2 35702 2 rn = r1 + ( ) .r2 = 18,22 + ( ) .0,194 = 41,99 (kΩ) w2 102 2.điện kháng ngắn mạch : a.điện kháng sơ cấp x1 = ω.L1 = 2Πf.L1 trong đó : L1 là điện cảm của cuộn dây sơ cấp được tính theo công thức 0,4.Π. a a 0,4.Π. a L = (w' ) 2 ( 1 + 21 ).Π.D' .10−8 + (w' ) 2 . 1 .Π.D' .10−8 1 l 1 3 2 21 l 1 3 1 0,4.3,14 0,94 1 0,4.3,14 0,94 = .(17851) 2 ( + ).3,14.9,48.10−8 + .(17851) 2 .3,14.8,3.10−8 14,7 3 2 14,7 3 =8,78 H thay số vào ta được : x1 = 2.3,14.50.8,78 = 2757 Ω b.điện kháng thứ cấp : x2 = ω.L2 = 2Πf.L2 trong đó : L2 là điện cảm của cuộn dây sơ cấp được tính theo công thức 0,4.Π. a a 0,4.3,14 0,39 1 L = w ( 2 + 21 ).Π.D' 10−8 = .(102) 2 ( + ).3,14.6,7.10−8 2 l 2 3 2 2 14,7 3 2 =1,18.10−4 H thay số vào ta được -4 x2 = 2.3,14.50.1,18.10 = 0,037 Ω ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 50
52. * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* c.điện kháng ngắn mạch w1 2 35702 2 xn = x1 + ( ) .x2 = 2757 + ( ) .0,037 = 7290Ω w2 102 x’2 r1 x1 r’2 r i r 1 r − i ' 2 i 0 rt’ -U’2 ro U1 E1=E’2 xo xt’ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 51
53. * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* CHƯƠNG III TÍNH TOÁN SAI SỐ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 3.1.tính toán sai số Máy biến điện áp được thiết kế ra phải giữ được cấp chính xác 1 trong giới hạn U1 = (0,8 ÷1,2)Uđm ,với công suất tải (0,25 ÷1)Stđm ,với cosϕ = 0,8 . I.với điện áp sơ cấp bằng 1,2 Uđm 1.Sau khi tính toán điện từ ở chươngII ta có : Gt = 6,54 kg Gg = 7,74 kg 2 St =25,6 mm 2 Sg = 29,4 mm Bt = 1 T Bg = 0,87 T Tổng sụt áp trên cuộn sơ cấp và thứ cấp −4 3 I1.rn 74.10 .41,99.10 U nr = 100 = . 3.100 = 1,54 % U1 35000 −4 I1.rx 74.10 .7290 U nx = 100 = . 3.100 = 0,27 % U1 35000 2.Sụt áp trên cuộn sơ cấp là: 3 −4 r1.I1 18,22.10 .74.10 Ur1 = = . 3.100 = 0,67 % U1 35000 −4 x1.I1 2757.74.10 U x1 = = . 3.100 = 0,1 % U1 35000 3.tổn hao không tải và công suất phản kháng . Do U= 4,44.f.w.Bt .St có W= const và St = const nên khi U= 1,2Udm thì cảm ứng từ cũng tăng lên 1,2 lần nghĩa là Bt= 1,2.1=1,2T, Bg =1,2.0,87= 1,044T ta tính lại công suất không tải và công suất từ hóa a.tổn hao không tải theo bảng 45 với tôn 3404 dày 0,35mm tra được các suất tổn hao tương ứng 2 Bt =1,2 T; pt =0,675 W/kg ; pkt =515w/m 2 Bg=1,044T; pg = 0,522w/kg ; pkg = 382,4w/m Trong tính toán sơ bộ có thể dùng công thức sau: k po ⎡ k po .Go ⎤ Po = k pf .pt (Gt +Go . ) + k pf .pg ⎢Gg − (N + 2)Go + ⎥ 2 ⎣ 2 ⎦ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 52
54. * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* Trong đó : kpf =1,12 là hệ số xét các ảnh hưởng của các tổn hao phụ ,tra bảng 48 sách thiết kế máy biến áp điện lực của tác giả Phan Tử Thụ kpo =7,84 là hệ số tổn hao ở góc nối đối với số góc nối có mối nối thẳng của mạch từ phẳng ghép xen kẽ với mã hiệu tôn 3404,tra bảng 47 sách thiết kế máy biến áp điện lực của tác giả Phan Tử Thụ Gt = 6,54 kg Gg = 7,74 kg Go =1 kg N là số lượng góc nối của mạch từ cần phải tính đến ảnh hưởng của tổn hao sắt ,với máy biến điện áp một pha N=2. Thay số vào ta được : 7,84 7,84.1 p = 1,12.0,675(6,54+1 ).+1,12.0,522.[7,74− (2 + 2)1+ ] 0 2 2 = 12,38 w b.công suất phản kháng theo bảng 50 ta tìm được các suất từ hóa tương ứng 2 với Bt = 1,2T thì qt=0,752 va/kg; qkt =4000 va/m 2 với Bg =1,044T thì qt= 0,596 va/kg; qkg =1660 va/m Trong tính toán sơ bộ có thể dùng công thức sau: k k .k Q = k' .k" q .(G + io G ) + .k' .k" .q [ G + ig ir .G − (N + 2)G ] o if if t t 2 o if if g o 2 o o + k"if ∑ qk .nk .S k trong đó : k’if =kib.kic =1,2 đối với mạch từ phẳng với tôn cán lạnh có ủ sau khi cắt dập k”if =kig.kie.kit =1,07.1,04= 1,11 kio =36 là hệ số gia tăng dòng điện không tải do công suất từ hóa tăng lên . kig = 1,0 hệ số làm tăng công suất từ hóa ở gông kir = 1,3 là hệ số kể đến ảnh hưởng do chiều rộng lá tôn ở các góc mạch từ Gt = 6,54 kg Gg =7,74 kg Go =1 kg N là số lượng góc nối của mạch từ cần phải tính đến ảnh hưởng của tổn hao sắt ,với máy biến điện áp một pha N=2. Thay số vào ta được : ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 53
55. * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* 36 ⎡ 1,3 ⎤ Qo =1,2.1,11.0,752(6,54+ .1) +1,2.1,11.0,596. 7,74 + .1− 4.1 + 2 ⎣⎢ 2 ⎦⎥ +1,11[]2.25,6.10−4.4000+ 2.29,4.10−4.1660 =61,63 va 4.các thành phần dòng điện không tải P 12,38 i = o = =0,0688 or 1,2.S 1,2.150 Q 61,63 i = o = =0,34 ox 1,2.S 1,2.150 5.sai số điện áp và sai số góc lúc không tải a.sai số điện áp ΔUo = -(Ur1.ior + Ux1.iox) = -( 0,67.0,0688 + 0,1.0,34) =-0,08 % trong đó : Ur1 = 0,67 % Ux1 =0,1% Ior=0,0688 iox = 0,34 b.sai số góc δo =34,4(Ur1.iox +Ux1.ior) =34,4(0,67.0,34 – 0,1.0,0688) = 7,6 phút 6. sai số điện áp và sai số góc lúc có tải a. sai số điện áp ta có công thức : ΔUH = -(Unr.cosϕ2 + Unx.sinϕ2) trong đó : Unr = 1,54 % Unx = 0,27 % cosϕ2 =0,8 sinϕ2 =0,6 thay số vào ta có : ΔUH = -(1,54.0,8 + 0,27.0,6) = -1,4 % b. sai số góc δH = 34,4(Unr.sinϕ2 – Unx.cosϕ2) = 34,4(1,54.0,6 – 0,27.0,8) =24,35 phút 7.tổng sai số khi không tải và khi có tải định mức a. tổng sai số điện áp ΔU= ΔUo + ΔUH =- 0,08 –1,4 = -1,48 % ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 54
56. * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* b.tổng sai số góc δ = δo + δH = 7,6 +24,35 = 31,95 phút 8. sai số khi tải bằng 1/4 tải định mức sai số tỷ lệ thuận với tải nên sai số ở tải bằng 1/4 tải định mức được xác định như sau : a.sai số điện áp 1 ΔU1/4 =ΔUo + ΔUH 4 = -0,08 - 1 .1,4 =- 0,43 % 4 b.sai số góc 1 δ1/4 = δo + .δH 4 = 7,6 + 1 .24,35 =13,7 phút 4 II.với điện áp sơ cấp bằng Uđm 1. theo tính toán ở chương II ta có các số liệu sau : ior = 0,059 i0x = 0,2 Unr = 1,54 % Unx = 0,27 % 2.sai số điện áp và sai số góc lúc không tải a.sai số điện áp ΔUo = -(Ur1.ior + Ux1.iox) = -( 0,67.0,059 + 0,1.0,2) =- 0,06 % trong đó : Ur1 = 0,67 % Ux1 =0,1 % ior=0,059 iox = 0,2 b.sai số góc δo =34,4(Ur1.iox +Ux1.ior) =34,4(0,67.0,2 – 0,1.0,059) = 4,4 phút 3. sai số điện áp và sai số góc lúc có tải c. sai số điện áp ta có công thức : ΔUH = -(Unr.cosϕ2 + Unx.sinϕ2) trong đó : ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 55
57. * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* Unr =1,54% Unx = 0,27% cosϕ2 =0,8 sinϕ2 =0,6 thay số vào ta có : ΔUH = -(1,54.0,8 + 0,27.0,6) = -1,4 % d. sai số góc δH = 34,4(Ur.sinϕ2 – Ux.cosϕ2) = 34,4(1,54.0,6 – 0,27.0,8) =24,35 phút 4.tổng sai số khi không tải và khi có tải định mức b. tổng sai số điện áp ΔU= ΔUo + ΔUH =- 0,06–1,6 = -1,46 % b.tổng sai số góc δ = δo + δH = 4,4 +24,35 = 28,85 phút 5. sai số khi tải bằng 1/4 tải định mức sai số tỷ lệ thuận với tải nên sai số ở tải bằng 1/4 tải định mức được xác định như sau : a.sai số điện áp 1 ΔU1/4 =ΔUo + ΔUH 4 1 = -0,06 - .1,4 =- 0,41 % 4 b.sai số góc 1 δ1/4 = δo + .δH 4 1 = 4,4 + .24,35 =10,49 phút 4 III.với điện áp sơ cấp bằng 0,8 Uđm 1.tổn hao không tải và công suất phản kháng . Do U= 4,44.f.w.Bt .St có W= const và St = const nên khi U= 0,8Udm thì cảm ứng từ cũng tăng lên 1,2 lần nghĩa là Bt= 0,8.1=0,8T, Bg = 0,8.0,87 = 0,696T ta tính lại công suất không tải và công suất từ hóa a.tổn hao không tải theo bảng 45 với tôn 3404 dày 0,35mm tra được các suất tổn hao tương ứng 2 Bt =0,8 T; pt =0,32 W/kg ; pkt =215 w/m 2 Bg=1,044T; pg = 0,254 w/kg ; pkg = 168,2 w/m Trong tính toán sơ bộ có thể dùng công thức sau: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 56
58. * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* k po ⎡ k po .Go ⎤ Po = k pf .pt (Gt +Go . ) + k pf .pg ⎢Gg − (N + 2)Go + ⎥ 2 ⎣ 2 ⎦ Trong đó : kpf =1,12 là hệ số xét các ảnh hưởng của các tổn hao phụ ,tra bảng 48 sách thiết kế máy biến áp điện lực của tác giả Phan Tử Thụ kpo =7,84 là hệ số tổn hao ở góc nối đối với số góc nối có mối nối thẳng của mạch từ phẳng ghép xen kẽ với mã hiệu tôn 3404,tra bảng 47 sách thiết kế máy biến áp điện lực của tác giả Phan Tử Thụ Gt = 6,54 kg Gg = 7,74 kg Go =1 kg N là số lượng góc nối của mạch từ cần phải tính đến ảnh hưởng của tổn hao sắt ,với máy biến điện áp một pha N=2. Thay số vào ta được : 7,84 7,84.1 p = 1,12.0,32(6,54+1 ).+1,12.0,254.[7,74 − (2 + 2)1+ ] 0 2 2 = 5,93 w b.công suất phản kháng theo bảng 50 ta tìm được các suất từ hóa tương ứng 2 với Bt = 0,8T thì qt=0,375 va/kg; qkt =280 va/m 2 với Bg =0,696 T thì qg= 0,303 va/kg; qkg =207,2 va/m Trong tính toán sơ bộ có thể dùng công thức sau: k k .k Q = k' .k" q .(G + io G ) + .k' .k" .q [ G + ig ir .G − (N + 2)G ] o if if t t 2 o if if g o 2 o o + k"if ∑ qk .nk .S k trong đó : k’if =kib.kic =1,2 đối với mạch từ phẳng với tôn cán lạnh có ủ sau khi cắt dập k”if =kig.kie.kit =1,07.1,04= 1,11 kio =36 là hệ số gia tăng dòng điện không tải do công suất từ hóa tăng lên . kig = 1,0 hệ số làm tăng công suất từ hóa ở gông kir = 1,3 là hệ số kể đến ảnh hưởng do chiều rộng lá tôn ở các góc mạch từ Gt = 6,54 kg Gg = 7,74 kg Go =1 kg N là số lượng góc nối của mạch từ cần phải tính đến ảnh hưởng của tổn hao sắt ,với máy biến điện áp một pha N=2. Thay số vào ta được : ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 57
59. * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* 36 ⎡ 1,3 ⎤ Qo =1,2.1,11.0,375(6,54+ .1) +1,2.1,11.0,303. 7,74 + .1− 4.1 + 2 ⎣⎢ 2 ⎦⎥ +1,11[]2.25,6.10−4.280+ 2.29,4.10−4.207,2 = 20 va 2.các thành phần dòng điện không tải P 5,93 i = o = =0,049 or 0,8.S 0,8.150 Q 20 i = o = =0,167 ox 0,8.S 0,8.150 3.sai số điện áp và sai số góc lúc không tải a.sai số điện áp ΔUo = -(Ur1.ior + Ux1.iox) = -( 0,67.0,049 + 0,1.0,167) =- 0,05 % trong đó : Ur1 = 0,67 % Ux1 =0,1 % Ior=0,049 iox = 0,167 b.sai số góc δo =34,4(Ur1.iox +Ux1.ior) =34,4(0,67.0,167 – 0,1.0,049) = 4 phút 4. sai số điện áp và sai số góc lúc có tải a.sai số điện áp ta có công thức : ΔUH = -(Unr.cosϕ2 + Unx.sinϕ2) trong đó : Unr =1,54 % Unx = 0,27% cosϕ2 =0,8 sinϕ2 =0,6 thay số vào ta có : ΔUH = -(1,54.0,8 + 0,27.0,6) = -1,4 % b.sai số góc δH = 34,4(Unr.sinϕ2 – Unx.cosϕ2) = 34,4(1,54.0,6 – 0,27.0,8) =24,35 phút 5.tổng sai số khi không tải và khi có tải định mức c. tổng sai số điện áp ΔU= ΔUo + ΔUH =- 0,05 –1,4 = -1, 45% ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 58
60. * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* b.tổng sai số góc δ = δo + δH = 4 +24,35 = 28,35 phút 8. sai số khi tải bằng 1/4 tải định mức sai số tỷ lệ thuận với tải nên sai số ở tải bằng 1/4 tải định mức được xác định như sau : a.sai số điện áp 1 ΔU1/4 =ΔUo + ΔUH 4 = -0,05 - 1 .1,4 =- 0,4% 4 b.sai số góc 1 δ1/4 = δo + .δH 4 =4 + 1 .24,35 =10,1 phút 4 3.2 hiệu chỉnh sai số Từ ết quả tính được thì sai số điện áp ở 0,8 và 1,2 Uđm đều vượt khỏi giới hạn cho phép .Vì vậy cần phải hiệu chỉnh số vòng dây sơ cấp . Giá trị hiều chỉnh được lấy bằng trị số trung bình của các trị số biên của sai số ,lấy dấu (+): ΔUmax =1,48 % ; ΔUmin = 0,4 % ΔU max + ΔU min ΔUk = 2 thay số và ta được : 1,48 + 0,4 ΔUk = = 0,94 % 2 khi ấy số vòng dây của cuộn sơ cấp cần phải giảm đi là: ΔU k 0,94 Wk = W1. = 35702. = 335,6 vong 100 100 Vởy số vòng dây cuộn sơ cấp sau khi hiệu chỉnh là : W’1 =W1 - ΔWk =35702 – 335,6 = 35366,4 vòng Sai số sau khi đã hiệu chỉnh được tính theo công thưc : ΔU = ΔUk + ΔUo + ΔUH Giá trị sai số khi chưa hiệu chỉnh như sau: + với U =1,2 Uđm lúc không tải có ΔUo = - 0,008 % 1 lúc St = Sđm có ΔU1/4 = - 0,43 % 4 lúc St =Sđm có ΔU = - 1,48% + với U =Uđm lúc không tải có ΔUo = - 0,06 % ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 59
61. * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* 1 lúc St = Sđm có ΔU1/4 = - 0,41 % 4 lúc St =Sđm có ΔU = - 1,46 % + với U =0,8 Uđm lúc không tải có ΔUo = - 0,05 % 1 lúc St = Sđm có ΔU1/4 = - 0,4 % 4 lúc St =Sđm có ΔU = - 1,45% Giá trị sai số sau khi hiệu chỉnh như sau: + với U =1,2 Uđm lúc không tải có ΔUo = 0,86 % 1 lúc St = Sđm có ΔU1/4 = 0,51 % 4 lúc St =Sđm có ΔU = - 0,54 % + với U =Uđm lúc không tải có ΔUo = 0,88 % 1 lúc St = Sđm có ΔU1/4 = 0,53 % 4 lúc St =Sđm có ΔU = - 0,52% + với U =0,8 Uđm lúc không tải có ΔUo = 0,89 % 1 lúc St = Sđm có ΔU1/4 = 0,54 % 4 lúc St =Sđm có ΔU = - 0,51 % Đồ thị biểu diễn sai số trên hình 3.1 ΔU(%) 1 0,8Uđm S(va) 0 35,5 75 150112,5 150 0,8Uđm -1 1,2Uđm 1,2Uđ -2 Hình 3.1 Để dễ nhìn trên đồ thị ta chỉ vẽ hai đương ứng với điện áp 0,8 và 1,2 Uđm .Hai đương dưới là khi chưa hiệu chỉnh sai số ,hai đường trên là sau khi đã hiệu chỉnh sai số . ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 60
62. * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* CHƯƠNG IV XÂY DỰNG KẾT CẤU MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 4.1 lõi sắt lõi sắt của máy biến điện áp ngoài nhiệm vụ dẫn từ nó còn làm khung để lồng ống dây cao áp và hạ áp .Lõi sắt được ghép bằng các lá tôn silic và ép chặt bằng xà ép và các bu lông tạo thành bộ khung máy biến điện áp .Toàn bộ ruột của máy biến điện áp này được ngâm trong dầu, vì máy biến điện áp có công suất nhỏ nên kích thước gọn nhẹ nên để tiện cho việc tháo lắp và sửa chữa thì ruột máy được cố định với lắp máy bằng các bulông. Bulông bắt vào nắp thùng Thanh bakelit Cuộn dây trên Cuộn dây dưới Mạch từ của máy biến điện áp này được ghép từ các lá tôn có kích thước trong bảng sau: Bảng 5.1 kích thước các tập lá thép mạch từ Thứ tự tập Trụ(mm) Gông chữ nhật( hg x bg) 1 45 x 10 40 x 42 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 61
63. * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* 2 35 x 7 3 25 x 4 Lõi sắt ghép theo kiểu xen kẽ :từng lớp lá thép của trụ và gông lần lượt đặt xen kẽ theo vị trí 1 và 2 như trên hình vẽ ,hình 4.2 Hình4.2 lớp chẵn lớp lẻ 2 2 1 1 1 1 2 2 4.2 dây quấn dây quấn là bộ phận để thu nhận năng lượng vào và truyền năng lượng đi ,vật liệu làm dây quấn là đồng được bọc cách điện . trong máy biến điện áp này có 2 dây quấn chính đó là dây quấn cao áp và dây quấn hạ áp ,cuộn ĐH dùng để điều hoà điện áp giữa hai trụ ,ở máy này ta chọn kiều dây quấn đồng tâm hình ống quấn theo hướng kính ( hình 4.3).dây quấn được quấn trên ống cách điện .dây quấn hạ áp được quấn ở phía trong trên một trụ ,còn dây quấn cao áp được quấn ở phía ngoài và quấn trên hai trụ ,giữa hai cuộn dây có một rãnh dầu dọc theo hướng trục . hình 4.3 CA CA HA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 62
64. * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* 4.3 thùng dầu của máy biến điện áp thùng dầuđồng thời là vỏ của máy biến điện áp để đựng dầu do đó khi làm việc dầu bao quanh ruột máy . khi máy biến điện áp làm việc dây quấn và lõi sắt nóng lên và truyền nhiệt lượng ra ngoài vách thùng nhờ hiện tượng đối lưa .nhiệt lượng lại từ vách thùng truyền ra không khí xung quanh bằng quá trình đối lưa và bức xạ .Nhờ đó mà hiệu ứng làm lạnh được tăng lên cho phép tăng tải điện từ đối với lỗi thép và dây quấn làm tăng được công suất máy ,giảm được kích thước và trọng lượng máy.thùng của máy biến điện áp có hình chữ nhật làm bằng thép dày 3 mm .Được uốn thành hình trụ có chiều cao là 470mm ,chiều rộng đáy thùng là 350mm ,chiều dài đáy thùng là 370mm , miệng nắp thùng có khoan các lỗ để bắt bu lông với đáy .Nắp cũng được khoan lỗ để bắt bu lồng sứ đầu vào của cuộn sơ cấp .Trên đỉnh của sứ đầu vào cuộn sơ cấp có bình dầu phụ Theo điện áp phóng điện Upd =75KV tra hình 1-15 sách khí cụ điện cao áp có chiều cao sứ là Hs =250mm ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 63