Đồ án Thiết kế máy biến dòng

ngoài. Sau khi tẩm sấy chân không ,dầu được nạp đầy ,đảm bảo không có không khí và hơi nước .Với kết cấu kiểu này ,biến dòng đạt cấp điện áp 220KV. 2.3 Máy Biến Dòng điện ngâm dầu 400KV: Với cấp điện áp cao ,máy biến dòng được chế tạo kiểu nối tầng ,mỗi tầng chịu một phần điện áp. Hình 6 trình bầy hình dáng và kết cấu biến dòng 400KV,2 tầng. Cấu tạo 1-Vòng điện dung . 2 Mũ kim loại 3-ống chỉ mực dầu 4-Biến dòng thứ nhất 5-Cách điện ngoài 6-Dầu biến áp 7-Biến dòng thứ hai 8-Đế Nhược điểm chính của biến dòng hai tầng là điện trở lớn ,dẫn đến sai số cao Hình 6 2.4 Máy Biến dòng kiểu mới Ngoài loại biến dòng kinh điển làm việc Theo nguyên lý điện từ người ta còn chế tạo Máy biến dòng kiểu mới dùng cho các lưới điện siêu cao áp ,nhằm giảm chi phí cách điện cho các biến dòng kinh điển. Các biến dòng kiểu mới được chế tạo theo nguyên lý chuyển đổi điện quang và nguyên lý từ quang Faraday. a)Hình 7 trình bầy nguyên lý chuyển đổi điện quang Hình 7 Dòng điện sơ cấp Is được biến đổi qua BI1 kinh điển ,đưa qua bộ điều biến 1, chuyển thành đậi lượng điện áp tỷ lệ dạng xung rời có độ rộng xung thay đổi hoạc tần số tín hiệu xung thay đổi ,tỷ lệ với giá trị tức thời của dòng điện sơ cấp .qua bộ khuyếc đại 2 ,tín hiệu điều khiển diot phát quang 3 ,để phát tín hiệu quang tương ứng .Diot phát quang 3,cáp quang 5 và điot điện quang 4 hợp thành hệ thống ghép nối quang điện để truyền tín hiệu quang từ các phần tử có điện áp cao đến các phần tử có điện áp thấp . Bước sóng của tín hiệu quang khoảng 900mm được truyền qua cáp quang đến diot quang điện 4 để chuyển thành các tín hiệu điện áp hình sin . Tín hiệu qua bộ biến đổi 6,bộ lọc 7 và bọ khuyếc đậi 8 , đủ công suất cấp cho các thiết bị đo lường và bảo vệ .Biến dòng BI2 cùng với thiết bị phụ 9 nạp điện cho bộ acqui nuôi hệ thống biến dòng điện quang. b) hình 8 trình bầy Nguyên lý của biến dòng chuyển đổi từ quang Faraday. Một chùm sáng được phát ra từ nguồn sáng 1 phía điện áp thấp ,được cáp quang dẫn đến bộ phân cực 2,chùm sáng sau khi được phân cực qua lăng kính L1 để tới tinh thể thạch anh 3A,tại đó dưới tác dụng của từ trường do dòng điện sơ cấp sinh ra ,chùm sáng sẽ bị phân cực với góc quay là: d=V.H.L Trong đó v hằng số Vợdet,với tinh thể thạch anh ,V=5,23.10-6 rad/A.m H cường độ từ trường trong tinh thể thạch anh ,a; L-chiều dài tinh thể ,m Sau khi qua thạch anh và lăng kính L2,chùm sáng qua thạch anh 3B đặt ở phía điện áp thấp .Từ trường trong tinh thể thạch anh 3b được tạo nên bởi dòng điện thứ cấp IT.Hướng của từ trường được chọn sao cho bù lại được góc quay phân cực để cho Isws=ITwT.Kết quả là góc quay d1 được bù lại góc quay d2=-d1 trong thạch anh 3B.Mức ánh sáng nhận được của các bộ phận cảm biến quang 5a và 5B giống nhau nên tín hiệu của bộ khuyếc đại vi sai bằng không .khi mặt phẳng phân cực bị quay ,mức ánh sáng nhận đựơc của các bộ cảm biến 5a và 5B sẽ là khác nhau làm tín hiệu đầu vào của bộ khuyếc đại visai và sinh ra dòng điện It ở đầu ra ,phản ánh đúng dòng. sơ cấp Is. Hình 8 Theo yêu cầu thiết kế -máy biến dòng hoạt động ở tần số công nghiệp 50Hz. -Vật liệu cách điện là giấy gâm trong dầu máy biến dòng làm mát bằng dầu -các chỉ tiêu : điện áp sơ cấp Uđm=110KV dòng điện sơ cấp Iđm=300A dòng điện thứ cấp I2=5(A) độ chính xác theo tiêu chuẩn IEC-185 cấp chính xác 5P +số vòng dây sơ cấp :loại 1 vòng dây hoạc nhiều vòng dây -Với loại 1 vòng dây yêu cầu độ chính xác không cao -độ chính xác cao ,sai số nhỏ chọn máy biến dòng cuộn sơ cấp nhiều vòng dây (Khi thiết kế máy biến dòng kiểu nhiều vòng dây sẽ cho sai số nhỏ nhưng trọng lượng đồng và giá thành máy biến dòng sẽ tăng ).Theo yêu cầu :dùng máy biến dòng ngâm dầu cho nên ta chọn máy biến dòng kiểu bình . Có thể thiết kế loại m.b.d 1 cấp hoạc hai cấp với loại hai cấp là có điện trở lớn dẫn đến sai số cao, Cho nên chọn loại 1 cấp. II> TÍNH CÁCH ĐIỆN: 1) Yêu cầu cách điện: Trong thiết kế máy biến dòng yêu cầu phải đảm bảo cách điện -Giữa các bộ phận mang điện và các bộ phận nối đất. -Giữa các bộ phận có điện thế khác nhau. Mức độ cách điện phải phù hợp với tiêu chuẩn nhà nước ,mức độ này đảm bảo khoảng cách cách điện cần thiết và kích thước của các chi tiết cách điện : +Nếu khoảng cách cách điện lớn quá dẫn tới lãng phí vật liệu cách điện cũng như vật liệu chế tạo máy ,dẫn tới giá thành sản xuất tăng . +Nếu khoảng cách cách điện nhỏ sẽ không đảm bảo an toàn cho máy (đảm bảo cho máy làm việc tốt trong khoảng từ 15-20 năm). *Yêu cầu vật liệu cách điện : -Phải có độ bền cao ,chịu tác dụng của lực cơ học tốt ,chịu nhiệt dẫn nhiệt lại ít thấm nước -Gia công dễ dàng . -phải chọn vật liệu cách điện dể đẩm bảo thời gian làm việc của máy 15-20 năm trong điều kiện làm việc bình thường .Đồng thời giá thành của máy không cao. -Việc chọn vật liệu cách điện trong máy điện só ý nghĩa quyết định tới tuổi thọ và độ tin cậy lúc vận hành của máy .Do vật liệu cách điện có nhiều chủng loại ,kỹ thuật chế tạo vật liệu cách điện ngày càng phát triển ,nên việc chọn kết cấu cách điện ngày càng khó khăn và thường phải chọn tổng hợp nhiều loại cách điện để thoả mãn nhu cầu về cách điện . Vật liệu cách điện thường dùng nhiều loại vật liệu liên hợp lại như mêca áp phiến ,chất phụ gia (giấy hay sợi thuỷ tinh ) và chất kết dính (sơn hay keo dán ). Đối với vật liệu cách điện không những yêu cầu có độ bền cao ,chế tạo dễ mà còn yêu cầu về tính năng điện : có độ cách điện cao , dò điện ít. Ngoài ra ra còn có yêu cầu về tính năng nhiệt : chiệu nhiệt tốt , dẫn nhiệt tốt và chịu ẩm tốt. Vật liệu cách điện dùng trong máy điện hợp thành một hệ thống cách điện. Việc tổ hợp các vật liệu cách điện, việc dùng sơn hay keo để gắn chặt chúng lại, ảnh hưởng giữa các chất cách điện với nhau, cách gia công và tình trạng bề mặt vật liệu vv..sẽ quyết định tính năng về cơ, điện, nhiệt của hệ thống cách điện.Trong môi trường nhiệt đới vật liệu phải chịu nhiệt ,chịu ẩm tốt. -Đối với máy biến dòng cách điện yêu cầu : +Giữa cuộn cao áp và cuộn hạ áp . +Giữa cuộn cao áp và mạch từ . +Giữa cuộn hạ áp và mạch từ . +Cách điện giữa đầu nối đất cuộn cao áp (sơ cấp ) với kết cấu vỏ máy biến dòng . Môi trường cách điện trong máy biến dòng ngâm dầu là dầu biến áp kết hợp với điện moi rắn (các tông cách điện ,bakelit,giấy vải cách điện).Điện môi rắn được sử dụng dưới các hình thức lớp bọc ,lớp cách điện và màn chắn . 2. Phóng điện trong điện môi lỏng (trong dầu biến áp) Dầu biến áp khi sạch có độ bề điện rất cao hàng trăm KV/cm. Tuy nhiên khi có tạp chất thì độ bền điện bị giảm sút rất nhanh và diễn biến của quá trình phóng điện chọc thủng khác hẳn so với chất lỏng sạch .Với dầu biến áp sạch cơ chế phóng điện cũng tương tự như chất khí ,các điện tử vốn có sẵn trong điện môi hoạc được giải thoát từ bề mặt điện cực dưới tác dụng của điện trường sẽ di chuyển và tích luỹ năng lượng .Sự va chạm của chúng với các phân tử chất lỏng sẽ gây ion hoá các phân tử chất lỏng và dẫn tới sự hình thành thác điện tử và tia lửa điện nối liền các bề mặt điện cực. Vì mật độ các phân tử ion trong chất lỏng rất lớn so với chất khí cho nên đoạn đường tự do của điện tử rất ngắn và do đó để gây ion hoá va chạm thì điện trường và điện áp tác dụng phải có trị số cao hơn nhiều so với số liệu phóng điện trong chất khí . Khi chất lỏng có chứa tạp chất như bọc khí ,ẩm ,sợi tơ ..phóng điện được giải thích bởi sự hình thành cầu nối dẫn điện giữa các điện cực. Xét trường hợp khi chất lỏng có chứa bọc khí giả thiết có hình cầu như hình vẽ:hình 9 Do hằng số điện môi của chất khí bé hơn so với các chất lỏng nên cường độ điện trường của bọc khí tăng cao dẫn đến quá trình ion hoá các phần tử khí Sự di chuyển của các điện tích khác dấu trong bọc khí do tác dụng của điện trường sẽ kéo theo sự biến dạng bọc khí từ hình cầu trở thành hình elíp..và sự liên kết giữa nhiều bọc khí elíp sẽ dẫn tới sự hình thành cầu dẫn điện nối giữa các điện cực. Khi tạp chất là ẩm (hạt nước ) hoạc sợi tơ cũng sẽ hình thành các cầu nối như trên khiến điện áp phóng điện chọc thủng giảm đi nhiều lần so với khi dầu sạch . Hình9 Độ bền điện của dầu biến áp sạch có thể đạt tới 20-25KV/mm nhưng chỉ cần một lượng nhỏ ẩm trong dầu vượt quá giới hạn 0,05% thì độ bền điện chỉ còn 4KV/mm tức là giảm 5 đến 6 lần . -Ở điện áp xung độ bền điện hầu như không thay đổi cho dù là có tạp chất .Điều đó được giả thích bởi các cầu dẫn điện không kịp hình thành trong khoảng thời gian tác dụng của điện áp xung . -Sự biến thiên của điện áp chọc thủng hầu như không thay đổi theo nhiệt độ khi nhiệt độ Hình 10 khi t0 không quá 800C (đường 1) Khi dầu bị ẩm điện áp phóng điện chọc thủng biến thiên theo đường 2 và có giá trị cực đại ở nhiệt độ mà tại đó các hạt nước chuyển sang trạng thái hoà tan trong dầu. 3.Phóng điện trong điện môi rắn: Lớp bọc là lớp vật liệu cách điện tương đối mỏng (lớp sơn hoạc giấy bọc có chiều dầy không quá 1-2mm).Tác dụng chủ yếu của nó là hạn chế sự hình thành các cầu dẫn điện trong dầu .Theo kết quả thực nghiệm trong trường hợp gần đồng nhất ,do có lớp bọc nên điện áp phóng điện tần số công nhiệp của khe hở dầu có thể tăng 50% hoạc cao hơn . Lớp cách Là lớp cách điện khá dầy (hàng chục mm)quấn quanh dây dẫn .Nó làm giảm cường độ trường ở xung quanh cực nên được sử dụng ở những nơi điện trường không đồng nhất như dùng để bọc dây dây dẫn của cuộn dây . Màn chắn : Trong máy biến dòng thường chế tạo màn chắn bằng cactông cách điện ,bakêlít .Khi đặt trong trường không đồng nhất tác dụng của màn chắn cũng tương tự như trong khe hở không khí :đặt trong khu vực trường cực đại có thể làm tăng điện áp phóng điện tần số công nghiệp lên hai lần . Nhưng khi có màn chắn thì sự ion hoá ở khu vực có điện trường mạnh sẽ suất hiện sớm trước khi phóng điện , tình trạng này kéo dài sẽ không có lợi vì quá trình ion hoá kéo dài sẽ phân hoá dầu và phá huỷ màn chắn. Do đó biện pháp này chỉ dùng khi điện áp tác dụng trong thời gian ngắn như các loại quá điện áp nội bộ .. Trong trường đồng nhất ,màn chắn có tác dụng ngăn cản sự hình thành của cầu dẫn điện trong dầu .ở máy biến dòng 110KV do cường độ điện trường lớn nên kết cấu cách điện khá phức tạp .Hình bên dưới cho kết cấu cách điện chủ yếu của máy biến dòng 110KV. Trên tất cả các đường có khả năng phóng điện đều phải đặt màn chắn (ống cách điện ,tấm chắn cách điện phẳng hoạc vuông góc ) với số lượng từ hai trở lên . Hình 11 Kết cấu cách điện của máy biến dòng 110KV 1.Tấm chắn cách điện 2.Cuộn dây thứ cấp 3.ống cách điện 4. Cuộn Sơ cấp 4.Vật liệu cách điện: a) Giấy cách điện: Bảng bên cho cho kết quả đo độ bền cách điện của giấy theo FW.PEEKA Thí nghiệm ứng với dòng có tần số 50Hz Số tờ giấy 1 lớp độ dầy của giấy mm độ dầy của lớp mm Cường độ đánh thủng KV/mm ở 250C KV/mm ở 250C 1 1 1 4 4 4 0,064 0,127 0,254 0,064 0,127 0,254 0,064 0,127 0,254 0,256 0,508 1,016 9,3 8,7 7,9 8,7 7,5 6,6 9,3 7,9 7,3 8,3 6,7 6,2 Khi ngâm trong dầu ,hằng số điện môi của giấy dầu vào khoảng e=4-4,3 Ngoài ra còn dùng vải sơn ,độ bền cách điện cho ở bảng dưới : Số tờ giấy mỗi lớp Chiều dầy Cường độ đánh thủng KV/mm ở 250C KV/mm ở250C 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0,305 0,61 0,91 1,22 1,52 1,83 2,13 2,44 2,74 3,05 26,2 20,5 18,5 16,8 15,5 14,6 14 13,3 12,8 12,3 23,6 19,7 17,0 14,9 13,1 12,5 10,3 9,2 8,3 7,5 Ngoài ra người ta còn hay dùng bìa cách điện ,bề mặt có thể được làm nhẵn hay không nhẵn ,loại tấm có chiều dầy 0,3-15mm, loại cuộn có chiều dầy 0,1-1mm. Giấy cáp:Thường dùng của Nga ký hiệu K08,K12,K17 có chiều dày là 0,08; 0,12; 0,17. Trong Máy Biến Dòng dùng nhiều loại K12, loại này có độ bền cơ cao. Khi có chiều rộng 15mm ứng suất kéo ngang 15KG,ứng suất kéo dọc 7KG. Giấy cách điện có năng lực hút dầu máy biến áp cao. Trước khi ngâm dầu giấy K12 có độ bền cao áp là 9KV/mm ,Sau khi ngâm dầu là 16 KV/mm.Loại giấy này dùng để quấn bọc dây dẫn dùng làm dây quấn máy biến dòng, cách điện lớp ,bọc tăng cường các đầu ra, đầu chuyển tiếp. 5)Tính khoảng cách cách điện giữa cuộn cao áp(sơ cấp) và hạ áp (thứ cấp): Tính khoảng cách cách điện phụ thuộc vào điện áp phóng điện Điện ấp đánh thủng giữa các thanh trong dầu theo hình 1-16 trang 29 sách khí cụ điện cao áp với thì khoảng cách phóng điện là d=4cm Vậy để tính khoảng cách cách điện ta tra với được d’=5cm Theo sách thiết kế máy biến ấp Phạm Văn Bình Lê Văn Doanh hình 14-3 ta tra khoảng cách cách điện giữa dây quấn cao áp và hạ áp được d=7cm Theo hình 14-2 trang 97 sách thiết kế máy biến ấp Phạm Văn Bình Lê Văn Doanh khoảng cách cách điện theo Arnolda tra được Khoảng cách cách điện theo hướng trục d1=14cm Khoảng cách cách diện theo hướng kính d2=9cm Khoảng cách cách điện theo bảng 14-1 mmtrang 98 Điện áp định mức ,KV A B 6,3 10 15 20 8,5 10 12,5 15 15 17,5 22,5 27,5 65 M0 50 120 M 35 70 110 M0 85 200 M 60 125 160 M0 125 290 M 95 220 220 M0 200 450 M 120 360 M0- không có vành guốc cách điện m-có vành guốc cách điện Theo bảng trên ta chọn loại có vành quốc cách điện lấy a=b=7cm Tổng hợp lại lấy khoảng cách cách điện giữa cuộn cao áp và hạ áp 8,5cm lấy khoảng cách điện giữa cuộn cao áp và mạch từ 9cm Giữa cuộn cao áp và hạ áp và giữa cuộn cao áp và gông đặt các bìa cách điện ,để làm tăng khả năng cách điện ở đây ta dùng 2 vành guốc .,đặt 2 ống cách điện bakelit(đặt các vật lót đệm bằng gỗ ,căn cài ,căn dọc). CHƯƠNG II TÍNH TOÁN ĐIỆN TỪ I.CHỌN VẬT LIỆU TỪ : Người ta thường chọn các lá tôn mỏng khoảng 0,1-0,35mm chứa hàm lượng silic (0,5-4,8%) ghép lại làm lõi Máy Biến Dòng .chất lượng tôn silic ảnh hưởng nhiều đến cấp chính xác của m.b.d. Các loại tôn sillic để làm lõi máy biến dòng phải có những tính chất sau: Với cường độ từ cảm nhỏ khoảng vài phần nghìn téla độ từ thẩm phải cao.Tính chất này cho phép có được sai số nhỏ và đặc biệt quan trọng đối với máy biến dòng đo lường . 2) Để đảm bảo cho máy biến dòng bảo vệ có bội số 10% lớn yêu cầu độ bão hoà cao. 3) Độ từ thẩm cao và không đổi trong khoảng thời gian rộng. 5) Tổn hao suất trong tôn nhỏ. Ngoài ra còn phải thoả mãn tính kinh tế .Nếu có được những đặc tính tốt mà tăng trọng lượng và kích thước, giá thành cao thì cũng không phải phương án tối ưu. Đối với yêu cầu về máy biến dòng lọai này chọn loại tôn M6T35,hãng terni societa per L’industria et L’electicita theo sáng chế của hãng Armco, dầy 0,35 mm cách điện bằng Carlite. Có các đồ thị công suất từ hoá, tổn hao sắt từ. Trang 535-546 Sách thiết kế máy biến áp Phạm Văn Bình và Lê Văn Doanh biên soạn. II.TÍNH TOÁN ĐIỆN TỪ : *Các thông số ban đầu : 1.Dòng điện sơ cấp 300A 2.Dòng điện thứ cấp :5A 3.Điện áp sơ cấp định mức Uđm=110KV 4.Tải thứ cấp định mức S2đm=15VA 5.Cấp chính xác 5P Tổng trở phụ tải của mbd 2.1 Số vòng dây quấn : I1đm dòng điện định mức cho trước 300(A) I2đm đại lượng tiêu chuẩn 5(A) Số vòng dây thứ cấp xác định theo : I1đm.W1=I2đm.W2 Từ đây suy ra : (2-1) Với tôn kỹ thuật điện chất lượng tốt ta có thể chọn I1đm.W1 trong khoảng 600-900 Avòng. Vì vậy chọn W1=2(vòng ) Theo công thức trên suy ra W2=2.300/5=120(Vòng) 2.2 Xác định kích thước lõi thép: theo công thức 1-3b sách máy điện 1 E2=4,44.f.w2.fm mà f=B.Q Þ(m2) (2-2) Trong đó Q- tiết diện lõi thép W2-Số vòng dây thứ cấp B –mật độ từ cảm (lấy trong khoảng 0,05-0,08T) E2-Sức điện động thứ cấp . Sức điện động thứ cấp bằng : Trong tính toán sơ bộ có thể lấy gần đúng RT»R2 Và Xt»X2 E2=2.5.0,6=6(V) -Chọn mật độ từ cảm B=0,07568(T) Thay số vào 2-2 ta được tiết diện lõi thép : -Chiều dầy của lõi thép được tính theo công thức 7-5 sách khí cụ điện cao áp : Trong đó :b- chiều dầy lõi thép (mm) (A-a )-chiều rộng của trụ lõi thép Ke – hệ số ép chặt các lá tôn thường lấy 0,8-0,85 Sơ bộ chọn a=22 (cm) A=32 (cm) Suy ra chiều dầy lõi thép -Kích thước lõi thép m.b.d được biểu diễn trên hình vẽ : Hình 12 2.3 Thiết kế dây quấn: chọn dây dẫn là dây dẫn đồng a)Dây quấn sơ cấp : 1,5cm 1cm Do dây quấn sơ cấp có dòng điện và điện áp lớn nên dùng dây bẹt hoạc thanh dẫn -Tiết diện dây sơ cấp : Trong đó mật độ dòng điện j chọn =2A/mm. Vậy dây quấn sơ cấp qồm hai vòng dây do các dây bẹt ghép lại có tiết diện 1 vòng dây S=150mm2. b)Dây quấn thứ cấp Với dòng điện I=5A chọn mật độ dòng điện j=2A/mm2 Þ Tra bảng 7-5 trang 222 sách khí cụ điện cao áp chọn loại dây dẫn tròn q=2,57mm2. F=1,81mm cách điện 2d=0,4mm -cuộn thứ cấp quấn làm bốn lớp Số vòng dây 1 lớp 2.4 Khoảng cách cách điện ,kích thước cuộn dây sơ cấp: Dây dẫn hình chữ nhật gồm có 3 sợi chập Ta theo bảng trang 255 sách khí cụ điện cao áp 1 sợi có kích thước a=10mm b=5mm Tiết diện 1 sợi chưa kể cách diện s=50mm2 Chiều dầy cách điện 2 phía của dây 2d=0,95mm -Kích thước dây sơ cấp khi chập 3 sợi : chọn cách điện quấn quanh 2 sợi là 0,2mm . Hình a) kích thước 1 sợi Hình b) kích thước dây quấn sơ cấp . a=10+2.0,95+0,2+0,2=12,3 (mm) b=0,95.6+5.3+0,4=20,7 (mm) Hình 13 Cuộn dây có 2 vòng,.Quấn theo thứ tự Chọn cách điện giữa 2 vòng là 1mm -Quấn quanh cuộn sơ cấp một lớp cách điện dầy 18(mm) . Hình 14 Chiều dài chiếm chỗ trên mạch từ của cuộn sơ cấp là Dây quấn sơ cấp được quấn quanh ống phíp có kích thước:23´25´10 Hình 15 2.5 Điện trở cuộn sơ cấp : -Điện trở gồm hai phần phần đầu nối kể từ thanh dẫn dầu vào tới cuộn dây quấn Và phần trực tiếp quấn trên lõi từ . Điện trở phần đầu nối được tính theo công thức Trong đó r là điện trở suất của dây dẫn. S tiết điện của dây dẫn thứ cấp . L chiều dài phần đầu nối của dây dẫn thứ cấp . L=60.2=120cm=1,2m Điện trỏ phần phần đầu nối : chiều dài trung bình dây quấn: Ltb=2.[23+(2,07+18)/2+25+(2,07+18)/2]=136,14(cm ) -Điện trở phần dây quấn trên mạch từ R1=Rdn+Rmt=1,736.10-4+3,939.10-4=5,675.10-4(W) 2.6 kích thước cuộn thứ cấp Cuộn dây thứ cấp được cách ly với mạch từ bởi giấy cách điện và bìa cách điện có chiều dầy 2mm. Chọn cách điện lớp là 0,5(mm) bằng giấy cách điện Dây dẫn F=1,81mm cách điện 2d=0,4mm -cuộn thứ cấp quấn làm bốn lớp Số vòng dây 1 lớp là 30 vòng -chiều cao cuộn dây tính sơ bộ L=30.2,01=60,3mm -Chọn cách điện ngoài cùng cuộn dây thứ cấp để bọc dây quấn là 5mm kích thước a1=70+2+2+4.2,01+3.0,5+5=88,54mm b1=50+2+2+4.2,01+3.0,5+5=68,54mm chiều dài trung bình của dây quấn thứ cấp là l1=2.(70+50)+2.(2+2)=248 mm l2=2.(74+50)+2.(2.2,01+3.0,5)=259,04 mm l=(l1+l2)/2=253,52 mm Điện trở cuộn dây thứ cấp : 2.7 điện kháng cuộn thứ cấp điện kháng cuộn dây tính theo công thức sumec (theo sách khí cụ điện cao áp công thức 7-13 trang 226 ) A B a d Hình 16 Trong đó: A, B, a, d là các kích thước cuộn dây thứ cấp W2 số vòng dây cuộn thứ cấp K hệ số phụ thuộc kết cấu m.b.d Ở những kết cấu mà cuộn dây thứ cấp bị tác động bởi các chi tiết là vật liệu từ tính (thép ,gang ) thì K=2 ,còn đối với cuộn dây thứ cấp bao bởi các chi tiết là vật liệu phi từ tính thì K=1. Trong đó A=79,52mm B=63,54mm D=60,3mm a=9,54mm X2=0,195(W). 2.8) Trọng lượng sắt và đồng sử dụng khối lượng sắt khối lượng sắt tính bằng thể tích của sắt nhân với trọng lượng riêng của sắt MFe =VFe.mFe Trong đó : VFe :thể tích của khối sắt (dm3). mFe :Trọng lượng riêng của sắt 7,85(kg/dm3). VFe=b.[A.B-a.b] (dm3) VFe=0,7.[3,2.3,2-2,2.2,2]=3,78dm3 ÞMFe=3,78.7,85=29,673kg Hình17 Khối lượng đồng Khối lượng đồng dây quấn sơ cấp : MCU1=VCu1.mCu VCu1=SCu1.l Trong đó : SCu1 : Tiết diện dây quấn sơ cấp L chiều dài dây quấn sơ cấp gồm hai phần phần quấn trên mạch từ và phần thanh dẫn . L=60.2+50,07.2=220,14cm=22,024(dm) Vcu=150.10-4.22,024=0,33036(dm3) Suy ra Mcu=8,9.0,33036=2,94(Kg). Khối lượng đồng dây quấn thứ cấp L chiều dài trung bình cuộn thứ cấp l1=2.(70+50)+2.(2+2)=248 mm l2=2.(74+50)+2.(2.2,01+3.0,5)=259,04 mm l=(l1+l2)/2=253,52 mm chiều dài cuộn dây thứ câp l=120.25,352=3042,24cm=304,224dm. VCu2=SCu2.l=304,224.2,57.10-4=0,78(dm3). Trọng lượng đồng dây quấn thứ cấp là: MCU2=VCu2.mCu=0,78.8,9=6,675(Kg). CHƯƠNG III XÁC ĐỊNH SAI SỐ CỦA MÁY BIẾN DÒNG Đối với Máy Biến Dòng cấp chính xác thể hiện mức độ sai số về dòng điện và góc là chỉ tiêu kỹ thuật quan trọng .Cấp chính xác này được xác định theo tiêu chuẩn của nhà nước.Đối với Máy Biến Dòng thiết kế theo yêu cầu cấp chính xác 5P Các giá trị giới hạn sai số cho phép. Đặc tuyến sai số của Máy Biến Dòng ứng với cấp chính xác của mình phải nằm trong vùng cho phép .Nếu một phần hoạc toàn bộ đặc tuyến nằm ngoài gới hạn quy định thì tiến hành hiệu chỉnh bằng cách thay đổi số vòng dây thứ cấp hoạc áp dụng biện pháp bù sai số. Bảng yêu cầu sai số: Sai số của máy biến dòng Các giá trị giới – hạn sai Sai số dòng điện % Sai số góc (‘) ±0,5 ±40 R1 R2’ X1 X2’ I1 U1 1. Tính toán sai số với dòng điện I1=I1đm: Rt’ Xt’ Hình 18 Theo các số liệu đã tính toán ở trên Ta có: R2=0,2568(W) X2=0,195(W) Zt=0,6(W) Giả thiết phụ tải thứ cấp của máy biến dòng có cosj=0,8 Suy ra Rt=ZT.cosj=0,8.0,6=0,48(W) XT=ZT.sinj=0,6.0,6=0,36(W) Theo công thức ta có : I2.R2+j.I2.Xt+I2.Rt=j.5.(0,195+0,36)+5.(0,2568+0,48)= 2,775j+3,684=5,2747Ða f véc tơ từ thông sớm pha hơn s.đ.đ E2 một góc 900 và theo công thức trang 41 sách máy điện 1 ta có Þ chọn W1=2 suy ra với F=50Hz Q=29,73cm2. Suy ra: Với loại tôn M6T35 Tra đồ thị đường cong từ hoá trang 547 hình 44-13 sách Thiết kế máy biến áp (Tác giả Phạm Văn Bình Và Lê Văn Doanh). B=0,07 H=2,75 Avòng/m B=0,6 H=2,5 Avòng /m Suy Ra:Khi B=0,0665 H=0,026625Avòng/cm.Với H trên tra ở hình7-10 sách khí cụ điện cao áp tra ra góc tổn hao từ hoá y=120. Dựng đồ thị vectơ của máy biến dòng: a)Từ điểm 0 dựng vectơ -I2W2 b)Cũng từ điểm 0 đặt vectơ điện áp trên mạch thứ cấp và cộng vectơ này ta được s.đ.đ E2 thoả mãn phương trình : E2=j.I2.X2+I2.r2+I2.Rđm+I2.Xđm a góc lệch pha giữa s.đ.đ E2 và dòng điện I c)Dựng vectơ từ thông F sớm hơn s.đ.đ E2 một gốc 900. d)Dựng IoW1 hợp với F một góc y=120. E2 f I0W1 I1W1 A B C a 900 d’ 90-y+a y I2.R2 I2.X2 IT.RT IT.XT Hình 19 áp dụng định luât toàn dòng điện I0W1=H.LTB. Trong đó LTB là chiều dài trung bình của đường sức từ LTB W1 =2 số vòng dây sơ cấp ÞI0=0,026625.108/2=1,43775(A) Hình 20 Từ đồ thị ta thấy rằng: ½I2W2-I1W1½==I0W1.sin(y+a) Sai số tính theo đơn vị % sẽ là : Dấu trừ ở trước biểu thức thể hiện m.b.d làm việc ở phụ tải trở cảm. Vì góc d thường rất nhỏ (d<20) nên có thể lấy d»sin(d). Sai số góc xác định theo công thức: 2.Sai số của Máy Biến Dòng ở dòng điện I1/I1đm=10% định mức : I1/I1đm=10% suy ra I1=300.10/100=60(A) I2=I1/60=0,5(A) Với điện cảm và điện trở được tính như trên sai số máy biến dòng được tính toán : Rt= 0,48(W) R2=0,2568(W) Xt =0,36(W) X2=0,193(W) Theo công thức ta có : I2.R2+j.I2.Xt+I2.Rt=j.0,5.( 0,36+0,193)+0,5.( 0,48+0,2568)=0,4612Ð37 f véc tơ từ thông sớm pha hơn s.đ.đ E2 một góc 900 và theo công thức trang 41 sách máy điện 1 ta có Þ Với Kích thước lõi thép đã chọn ở trên ta suy ra B Với B=0,0055817 tesla tra bảng đường cong từ hoá ta được H=0,0055Avong /cm Tra hình 7-10 đường cong góc tổn hao từ hoá ta được y=110 áp dụng định luât toàn dòng điện I0W1=H.LTB. Trong đó LTB là chiều dài trung bình của đường sức từ W1 =2 số vòng dây sơ cấp ÞI0=0,0055.108/2=0,297(A) Từ đồ thị ta thấy rằng: ½I2W2-I1W1½==I0W1.sin(y+a) Sai số tính theo đơn vị % sẽ là : Dấu trừ ở trước biểu thức thể hiện m.b.d làm việc ở phụ tải trở cảm. Vì góc d thường rất nhỏ (d<20) nên có thể lấy d»sin(d). Sai số góc xác định theo công thức: 3.Sai số của Máy Biến Dòng ở dòng điện I1/I1đm=20% định mức : I1/I1đm=20% suy ra I1=300.20/100=60(A) I2=I1/60=1(A) Với điện cảm và điện trở được tính như trên sai số máy biến dòng được tính toán : Rt= 0,48(W) R2=0,2568(W) Xt =0,36(W) X2=0,193(W) Theo công thức ta có : I2.R2+j.I2.Xt+I2.Rt=j.1.( 0,36+0,193)+1.( 0,48+0,2568)= =0,555j+0,7368=0,9224Ð37 f véc tơ từ thông sớm pha hơn s.đ.đ E2 một góc 900 và theo công thức trang 41 sách máy điện 1 ta có Þ Với Kích thước lõi thép đã chọn ở trên ta suy ra B Với B=0,01163 tesla tra bảng đường cong từ hoá ta được H=0,009Avong /cm Tra hình 7-10 đường cong góc tổn hao từ hoá ta được y=110 áp dụng định luât toàn dòng điện I0W1=H.LTB. Trong đó LTB là chiều dài trung bình của đường sức từ W1 =2 số vòng dây sơ cấp ÞI0=0,009.108/2=0,486(A) Từ đồ thị ta thấy rằng: ½I2W2-I1W1½==I0W1.sin(y+a) Sai số tính theo đơn vị % sẽ là : Dấu trừ ở trước biểu thức thể hiện m.b.d làm việc ở phụ tải trở cảm. Vì góc d thường rất nhỏ (d<20) nên có thể lấy d»sin(d). Sai số góc xác định theo công thức: 4.Sai số của Máy Biến Dòng ở dòng điện I1/I1đm=40% I1/I1đm=40% suy ra I1=300.40/100=120(A) I2=I1/60=2(A) Với điện cảm và điện trở được tính như trên sai số máy biến dòng được tính toán : Rt= 0,48(W) R2=0,2568(W) Xt =0,36(W) X2=0,193(W) Theo công thức ta có : I2.R2+j.I2.Xt+I2.Rt=j.2.( 0,36+0,193)+2.( 0,48+0,1327)= =2(0,555j+0,763)=1,8454Ð370 f véc tơ từ thông sớm pha hơn s.đ.đ E2 một góc 900 và theo công thức trang 41 sách máy điện 1 ta có Þ Với Kích thước lõi thép đã chọn ở trên ta suy ra B Với B=0,02327 tesla tra bảng đường cong từ hoá ta được H=0,014Avong /cm Tra hình 7-10 đường cong góc tổn hao từ hoá ta được y=11,50 áp dụng định luât toàn dòng điện I0W1=H.LTB. Trong đó LTB là chiều dài trung bình của đường sức từ LTB W1 =2 số vòng dây sơ cấp ÞI0=0,014.108/2=0,756(A) Từ đồ thị ta thấy rằng: ½I2W2-I1W1½==I0W1.sin(y+a) Sai số tính theo đơn vị % sẽ là : Dấu trừ ở trước biểu thức thể hiện m.b.d làm việc ở phụ tải trở cảm. Vì góc d thường rất nhỏ (d<20) nên có thể lấy d»sin(d). Sai số góc xác định theo công thức: 5.Sai số của Máy Biến Dòng ở dòng điện I1/I1đm=60% I1/I1đm=60% suy ra I1=300.60/100=180(A) I2=I1/60=3(A) Với điện cảm và điện trở được tính như trên sai số máy biến dòng được tính toán : Rt= 0,48(W) R2=0,2568(W) Xt =0,36(W) X2=0,193(W) Theo công thức ta có : I2.R2+j.I2.Xt+I2.Rt=j.3.( 0,36+0,193)+3.( 0,48+0,2568)= =3.(0,555j+0,763)=2,768Ð37o f véc tơ từ thông sớm pha hơn s.đ.đ E2 một góc 900 và theo công thức trang 41 sách máy điện 1 ta có Þ Với Kích thước lõi thép đã chọn ở trên ta suy ra B Với B=0,0349 tesla tra bảng đường cong từ hoá ta được H=0,01625Avong /cm Tra hình 7-10 đường cong góc tổn hao từ hoá ta được y=11,60 áp dụng định luât toàn dòng điện I0W1=H.LTB. Trong đó LTB là chiều dài trung bình của đường sức từ W1 =2 số vòng dây sơ cấp ÞI0=0,0165.108/2=0,891(A) Từ đồ thị ta thấy rằng: ½I2W2-I1W1½==I0W1.sin(y+a) Sai số tính theo đơn vị % sẽ là : Dờu trừ ở trước biểu thức thể hiện m.b.d làm việc ở phụ tải trở cảm. Vì góc d thường rất nhỏ (d<20) nên có thể lấy d»sin(d). Sai số góc xác định theo công thức: 6.Sai số của Máy Biến Dòng ở dòng điện I1/I1đm=80% I1/I1đm=80% suy ra I1=300.80/100=240(A) I2=I1/60=4(A) Với điện cảm và điện trở được tính như trên sai số máy biến dòng được tính toán : Rt= 0,48(W) R2=0,2568(W) Xt =0,36(W) X2=0,193(W) Theo công thức ta có : I2.R2+j.I2.Xt+I2.Rt=j.4.( 0,36+0,193)+4.( 0,48+0,2568)= =4.(0,555j+0,736)=3,6908Ð37o f véc tơ từ thông sớm pha hơn s.đ.đ E2 một góc 900 và theo công thức trang 41 sách máy điện 1 ta có Þ Với Kích thước lõi thép đã chọn ở trên ta suy ra B Với B=0,04655 tesla tra bảng đường cong từ hoá ta được H=0,02Avong /cm Tra hình 7-10 đường cong góc tổn hao từ hoá ta được y=11,80 áp dụng định luât toàn dòng điện I0W1=H.LTB. Trong đó LTB là chiều dài trung bình của đường sức từ W1 =2 số vòng dây sơ cấp ÞI0=0,02.108/2=1,08(A) Từ đồ thị ta thấy rằng: ½I2W2-I1W1½==I0W1.sin(y+a) Sai số tính theo đơn vị % sẽ là : Dấu trừ ở trước biểu thức thể hiện m.b.d làm việc ở phụ tải trở cảm. Vì góc d thường rất nhỏ (d<20) nên có thể lấy d»sin(d). Sai số góc xác định theo công thức: 7.Sai số của Máy Biến Dòng ở dòng điện I1/I1đm=120% I1/I1đm=40% suy ra I1=300.120/100=3600(A) I2=I1/60=6(A) Với điện cảm và điện trở được tính như trên sai số máy biến dòng được tính toán : Rt= 0,48(W) R2=0,2568(W) Xt =0,36(W) X2=0,193(W) Theo công thức ta có :I2.R2+j.I2.Xt+I2.Rt= j.6.( 0,36+0,193)+6.( 0,48+0,2568)=6(0,555j+0,763)=5,5362Ð37o f véc tơ từ thông sớm pha hơn s.đ.đ E2 một góc 900 và theo công thức trang 41 sách máy điện 1 ta có Þ Với Kích thước lõi thép đã chọn ở trên ta suy ra B Với B=0,0676 tesla tra bảng đường cong từ hoá ta được H=0,027Avong /cm Tra hình 7-10 đường cong góc tổn hao từ hoá ta được y=130 áp dụng định luât toàn dòng điện I0W1=H.LTB. Trong đó LTB là chiều dài trung bình của đường sức từ W1 =2 số vòng dây sơ cấp ÞI0=0,027.108/2=1,458(A) Từ đồ thị ta thấy rằng: ½I2W2-I1W1½==I0W1.sin(y+a) Sai số tính theo đơn vị % sẽ là : Dấu trừ ở trước biểu thức thể hiện m.b.d làm việc ở phụ tải trở cảm. Vì góc d thường rất nhỏ (d<20) nên có thể lấy d»sin(d). Sai số góc xác định theo công thức: Đặc tuyến sai số dòng điện của máy biến dòng Hình 21 Nhận xét: Như vậy toàn bộ dặc tuyến sai số dòng điện của m.b.d nằm trong giới hạn quy định 8.Các yếu tố ảnh hưởng đến sai số của Máy Biến Dòng Các thông số tính toán kết cấu của Máy Biến Dòng gồm có : I1đmW1 –Sức từ động sơ cấp định mức Ltb-chiều dài trung bình đường sức từ Q tiết diện của lõi thép Z02 Tổng trở của mạch thứ cấp Để làm rõ ảnh hưởng của các thông số tính toán kết cấu dến sai số ta phải thiết lập phương trình thể hiện quan hệ giữa chúng với nhau. Trong tính toán sai số của Máy Biến Dòng thường sử dụng đoạn đầu của đường cong từ hoá từ 0,05-0,1 tesla và đoạn đường cong này có thể thực hiện bằng công thức gần đúng H=a.Bmb Thực nghiệm cho thấy rằng hệ số a phụ thuộc rất nhiều vào chất lượng sắt từ ,còn hệ số b hầu như không đổi với tất cả các loại tôn thông thường b=0,6 đối với tất cả các loại tôn silic thông thường a= 0,55 đối với tôn sillic thông thường loại tối a=0,82 đối với loại trung bình a=1,1 đối với lọai xấu Để khảo sát lấy số liệu của loại tôn trung bình với a=0,82 và b=0,6 Thay vào công thức trên ta được H=0,82.Bm0,6 và từ đó suy ra I0.W1=H.Ltb=0,82.Bm0,6 .Ltb (*) Mặt khác theo công thức tính từ cẩm Bm Nhân cả tử số và mẫu số của phương trình này cho I2đm =5 (A) và thay I2đm.W2 »I1đm.W1 ta được (**) Thay giá trị này vào công thức (*) : Sử dụng công thức tính sai số và thay thế I0W1 bằng giá trị này ta được : Rút gọn suy ra : Cũng tay giá trị của Bm ở (**) vào công thức tính sai số góc ta được Từ công thức trên suy ra các yếu tố ảnh hưởng đến sai số cảu Máy Biến Dòng . Để giảm sai số có các biện pháp sau: -Tăng sức từ động sơ cấp định mức là phương pháp tăng độ chính xác ,giảm sai số của Máy Biến Dòng có hiệu quả nhất .nhưng lượng tiêu hao đồng cũng tăng .Do đó khi sử dung phương pháp này phải kết hợp với mặt kinh tế cho phù hợp. -Giảm chiều dài đường sức từ Ltb ,nhưng không phải lúc nào cũng làm được vì còn phải đảm bảo cho cuộn dây sơ cấp ,cuộn dây thứ cấp và cách điện giữa chúng lọt cửa sổ mạch từ .Đối với Máy Biến Dòng điện áp cao cần phải có khoảng cách cách điện theo yêu cầu . -Tuy phương pháp tăng tiết diện lõi thép q cho hiệu quả kém hơn nhưng là phương pháp đơn giản nhất và có tính kinh tế hơn. Cho nên trong thực tế thường áp dụng phương pháp này và đôi khi lại là phương pháp duy nhất như đối với Máy Biến Dòng kiểu thanh ,vì sức từ động sơ cấp không thay đổi được. 9.Các biện pháp hiệu chỉnh sai số Máy Biến Dòng : a)Hiệu chỉnh sai số bằng cách thay đổi số vòng dây thứ cấp: Khi một phần hoạc toàn bộ đặc tuyến sai số dòng điện của m.b.d không nằm trong giới hạn quy định ,nghĩa là Máy Biến Dòng thiết kế không đạt cấp chính xác thì phải tiến hành hiệu chỉnh.Vì thường phụ tải là trở cảm nên sai số dòng điện âmvà khi hiệu chỉnh thì chỉ cần thêm một lượng sai số dương bằng cách giảm bớt số vòng dây thứ cấp một số vòng để đặc tuyến sai số tịnh tiến lên trên lọt vào giới hạn cho phép . Không phải lúc nào phương pháp hiệu chỉnh này cũng thoả mãn cấp chính xác yêu cầu,mà chỉ trong trường hợp: Mới đạt cấp chính xác mong muốn. -Dtt gọi là khoảng sai số tính toán và được xác định theo công thức. Trong đó : +DI’120-giá trị sai số dương theo tiêu chuẩn ở 120% dòng điện định mức. -DI’10-giá trị sai số âm theo tiêu chuẩn ở 10% dòng điện định mức Còn đại lượng Dt thì mang khoảng sai số thực và được xác định theo : Trong đó: -DI’120-giá trị sai số âm theo tiêu chuẩn ở 120% dòng điện định mức. -DI’10-giá trị sai số âm theo tiêu chuẩn ở 10% dòng điện định mức ở đặc tuyến thực. -Để thiết lập phương trình tính sai số có hiệu chỉnh ta cũng sẽ dựa vào đồ thị véc tơ . Chiếu các vectơ sức từ động lên trục OAB ta có phương trình: I1W1cosd-I2W2=I0.W1sin(Y+a) Chia cả hai vế phương trình này cho I1W1: (*) Đặt phương trình (*) có dạng mới : Vì góc d rất nhỏ ,nên cosd»1 suy ra phương trình trên có dạng: Thay giá trị I2 từ phương trình trên vào công thức và biến đổi ta được: (**) Trong đó : DIhc-sai số dòng điện có hiệu chỉnh. Nhân và chia cả hai vế phương trình trên cho (g+1): Vì giá trị g rất nhỏ nên có thể bỏ qua g2 ở tử số và g ở mẫu số: Theo điều kiện hiệu chỉnh chỉ giảm bớt một số vòng dây thứ cấp ,nên ở mẫu của phương trình trên có thể thay W2 bằng W2đm và ký hiệu : W2đm-W2=DW2 Đại lượng gọi là gia vòng dây khi có hiệu chỉnh. Gia vòng dây có ý nghĩa biểu thị phần sai số khi thay đổi một vòng dây. Khi muốn tính cho thay đổi x vòng dây ta chỉ việc nhân thêm với gia số. Phương trình sai số dòng điện có hiệu chỉnh: So sáng phương trình này với phương trình tính sai số dòng điện chưa hiệu chỉnh thấy rằng ở vế phải của phương trình tính sai số dòng điện có hiệu chỉnh có thêm thành phần sai số dương .Như vậy ,đặc tuyến sai số dòng điện có hiệu chỉnh sẽ tịnh tiến theo chiều dương song song với đặc tuyến chưa hiệu chỉnh. Bù sai số Máy Biến Dòng Những phương pháp bù sai số ở trên không ohải lúc nào cũng đạt cấp chính xác cao .Giảm sai số bằng cách tăng tiết diện lõi thép cho hiệu quả kém nhiều trường hợp không kinh tế.Cho nên người ta đã ngiên cứu những phương pháp bù sai số đạt cấp chính xác cao mà các biện pháp khác không đạt được. Các phương pháp bù sai số có thể chia ra các nhóm: Nhóm I –bủ sai số bằng biện pháp tuyến tính hoá đường cong từ hoá của lõi thép . Nhóm II- bù sai số bằng cách kích từ lõi thép . Nhóm III phương pháp bù trực tiếp . Nhóm IV-Bù sai số góc bằng phương pháp quay véctơ dòng điện. Nhóm V -phương pháp điều khiển dòng từ tản. 10.Hiệu chỉnh sai số Máy Biến Dòng : Sau khi xem xét các phương pháp bù sai số chọn phương pháp hiệu chỉnh sai số bằng cách thay đổi số vòng dây thứ cấp. Kiểm tra điều kiện: ÷Dtt÷³÷Dt÷ Trong đó ÷Dt÷ khoảng sai số thực tế ,được xác định theo : -DI’120-giá trị sai số âm theo tiêu chuẩn ở 120% dòng điện định mức. -DI’10-giá trị sai số âm theo tiêu chuẩn ở 10% dòng điện định mức ở đặc tuyến thực. ÷Dt÷=0,732-0,3102=0,4218 ÷Dcp÷=÷Dcp10÷+÷D120÷=0,5+0,5=1% vậy ÷Dt÷£÷Dcp÷ vì sai số >0,5% ở khoảng I=20% trở xuống theo công thức hiểu chỉnh sai số bằng cách thay đổi số vòng dây thứ cấp: chọn DW2=0,5 (W2dm-W2=0,5). Tính với I1=0,1I1đm Tính với I1=0,2I1đm Tính với I1=120I1đm Hình 22 11.Tính bội số cực đại của dòng điện thứ cấp : Lõi thép đã chọn hoàn toàn bão hoà khi cường độ từ cảm B¥=2,0 tesla . Dòng điện thứ cấp xác định bởi cường độ từ cảm giới hạn gọi là dòng điện thứ cấp cực đại : Gọi là bội số của dòng điện thứ cấp giá trị cực đại của dòng điện thứ cấp xác định theo biểu thức : E2max=I2max .Z02 =4,44.f.W2.Q.B¥ suy ra Trong đó: E2max. s.đ.đ thứ cấp khi dòng điện thứ cấp cực đại. B¥ cường độ từ cảm bão hoà lấy bằng 2,2 tesla Q=29,73cm2 F=50Hz W2=120vòng số vòng dây thứ cấp Z02 tổng trở mạch thứ cấp Zt=0,6(W) Rt=0,6.0,8=0,48(W) ;Xt=0,6.0,6=0,36(W) R2=0,2568(W); X2=0,193(W); E2max=4,44.50.120.2,2.29,73.10-4=174,24(V) Nhận xét: Giá trị trên chỉ là gần đúng vì hệ số 4,44 chỉ đúng với dòng điện hình sin ,nhưng khi lõi thép đã bão hoà thì do ảnh hưởng của sóng hài bậc cao nên dòng điện thứ cấp không còn hình sin. 12.Bội số 10%: Bội số 10% được tính theo phương pháp tiên tiến gần đúng Với bội số n10 của dòng điện thứ cấp với sai số –10% : I2=n10.I2đm.0,9 Tiến hành tính như thế với nhiều giá trị tải thứ cấp khác cuối cùng sẽ được quan hệ n10=f(Z2) Vì sai số gần 10% thì lõi thép thường gần bão hoà và phương pháp tính là gần đúng nên điều chỉnh : I2=n1.I2đm.0,95 Lấy n bất kỳ lấy nhỏ hơn bội số dòng điện cực đại n=35 I2=35.5.0,95=166,25(A) Z02 tổng trở mạch thứ cấp Zt=0,6(W) Rt=0,6.0,8=0,48(W) ;Xt=0,6.0,6=0,36(W) R2=0,1327(W); X2=0,2568(W); E2=I2.Z02 =166,25.0,9227=153,39(V) áp dụng công thức (7-1) sách khí cụ điện cao áp trang 220 Với B=1,934 tesla tra đường cong từ hoá hình 44-12 sách thiết kế máy biến áp trang 546 ta có H=30AV/cm áp dụng định luật bảo toàn dòng điện I0.W2=H.Ltb với Ltb=108cm Suy ra: Với H=30AV/m tra hình 7-10 sách khí cụ điện cao áp trang 219 được góc tổn hao từ hoá Y chỉ vài phút. sai số Vậy n=35 là bội số 10% . Trên đây mới chỉ tính bội số 10% Cho Z20 Theo đề bài thiết kế Máy Biến Dòng có tải thứ cấp S=15VA. Để tiện cho người tính toán thiết kế mạch bảo vệ cần phải tìm sai số 10% ở nhiều vị trí Z02 khác nhâu tạo thành đương cong n10=f(Z02). Đi tính lần lượt với Zt=4;2;1,2(W) 9.1Với Zt=4(W) Với: cos(j)=0,8 Rt=4.0,8=3,2(W) ;Xt=4,0,6=2,4(W) R2=0,2568; X2=0,193 n=8 I2=8.5.0,95=38(A) E2= I2.Z02 =38.4,32=164,16(V) Với B =2,07 lõi thép đã bão hoà . n=7 I=7.5.0,95=33,25(A) E2= I2.Z02 =102,6.4,32=143,64(V) Tra đường cong từ hoá hình 44-12 sách thiết kế máy biến áp trang 546 ta có ta được H=4AV/cm Với H=4AV/m tra hình 7-10 sách khí cụ điện cao áp trang 219 được góc tổn hao từ hoá Y=100. áp dụng định luật bảo toàn dòng điện I0.W2=H.Ltb Suy ra: sai số Vậy n=7 là bội số 10% 9.2Với Z2=2(W) Với: cos(j)=0,8 Rt=2.0,8=1,6(W) ;Xt=2.0,6=1,2(W) R2=0,2568; X2=0,193 n=15 I2=15.5.0,95=71,25(A) E2= I2.Z02 =47,5.2,32=165,3(V) Với B =2,085 lõi thép đã bão hoà . n=13 I=13.5.0,95=61,75(A) E2= I2.Z02 =61,75.2,32=143,26(V) Tra đường cong từ hoá hình 44-12 sách thiết kế máy biến áp trang 546 ta có ta được H=3,3AV/cm Với H=3,3AV/m tra hình 7-10 sách khí cụ điện cao áp trang 219 được góc tổn hao từ hoá Y=100. áp dụng định luật bảo toàn dòng điện I0.W2=H.Ltb Suy ra: sai số n=13,5 I=13,5.5.0,95=64,125(A) E2= I2.Z02 =28,5.2,32=148,77(V) Tra đường cong từ hoá hình 44-12 sách thiết kế máy biến áp trang 546 ta có ta được H=7,5 AV/cm Với H=4AV/m tra hình 7-10 sách khí cụ điện cao áp trang 219 được góc tổn hao từ hoá Y=40. áp dụng định luật bảo toàn dòng điện I0.W2=H.Ltb Suy ra: sai số Vậy n=13,5 là bội số10 % 9.3Với Z2=1(W) Với: cos(j)=0,8 Rt=1.0,8=0,8(W) ;Xt=1.0,6=0,6(W) R2=0,2568; X2=0,193 n=25 I2=10.5.0,95=118,75(A) E2= I2.Z02 =47,5.1,321=156,8(V) Với B =1,9786 sai số chắc chắn 10% n=24,2 I=24,2.5.0,95=114,95(A) E2= I2.Z02 =102,6.1,321=151,8489(V) Tra đường cong từ hoá hình 44-12 sách thiết kế máy biến áp trang 546 ta có ta được H=20AV/cm Với H=20 AV/m tra hình 7-10 sách khí cụ điện cao áp trang 219 được góc tổn hao từ hoá Y=chỉ vài phút. áp dụng định luật bảo toàn dòng điện I0.W2=H.Ltb Suy ra: sai số vậy n=24,2 là bội số 10%. 13.Điện áp khi hở mạch thứ cấp máy biến dòng máy biến dòng không bao giờ được hở mạch thứ cấp Khi dòng điện định mức I1 chậy trong cuộn dây cao áp (Sơ cấp )nếu để hở mạch thứ cấp thì lõi thép không còn bù khử từ bằng dòng điện thứ cấp suy ra Dòng điện sơ cấp bằng dòng từ hoá I1=I0 =300A máy biến dòng mắc nối tiếp vào lưới ,khi hở mạch thứ cấp máy biến dòng có thể coi là kháng điện có lõi thép . + Cường độ từ cẩm xác định theo biêu thức Từ đó suy ra Fm Giá trị trung bình của điện áp trên hai đầu cuộn thứ cấp được tính theo biểu thức E20tb=4.f.W2.Fm Giá trị thực E220t=E20tb.Kf Kf hệ số hình dáng đường cong điện áp .Nếu hở mạch thứ cấp mà lõi thép chưa bão hoà .Kf=1,11 -Khi hở mạch thứ cấp lõi thép thường hay bão hoà nên hệ số hình dạng tăng và điện áp cẩm ứng có dạng xung nhon .Hơn nữa điện áp nguy hiểm không phải là giá trị hiệu dụng E20 mà là giá trị cực đại của điện áp trên hai đầu dây thứ cấp khi hở mạch. Hình 2Hình a) miêu tả dòng điện sơ cấp I1 .Cũng là dòng điện từ hoá hình sin.Dùng đường cong dòng điện hình sin và đường cong từ hoá đã quy về dòng điện hình b ,dựng dường cong B hoạc F thay đổi theo t hình c) .từ hình c thấy rằng F=f(t) có dạng hình thang. 3 Các giá trị tức thời của E20 sẽ bằng : Từ đồ thị ta thấy rằng E20 cực đại khi từ thông F qua trị số không .Vì đạo hàm dF/dt là lớn nhất.trên đoạn nằm ngang của hình thang F đạo hàm bằng không. Sử dụng đường cong thực nghiệm Es=f(H0) cho từng loại tôn kỹ thuật điện.Trong đó Es là điện áp xuất là điện áp một vòng dây thứ cấp trên 1 cm2 tiết diện lõi thép máy biến dòng .Đồ thị trang 245 sách khí cụ điện cao áp . ss Hình .Quan hệ E20=f(H0) của lõi hình xuyến kiểu dải băng Của tôn '41 Hình .Quan hệ E20=f(H0) của lõi hình xuyến kiểu dải băng Của tôn '310 Hình 24 Điện áp trên hai đầu cuộn dây thứ cấp khi hở mạch máy biến dòng E20=Es.W2.Q Theo các số liệu đã tính ở trên Tra đồ thị hình 7-31 trang 245 sách khí cụ điện cao áp được Es=0,41V/vòng.cm E20=0,41.120.29,73=1462,7(V) CHƯƠNG IV TÍNH TỔN HAO VÀ TÍNH TOÁN NHIỆT I TÍNH TỔN HAO: Có 3 dạng tổn hao chính :tổn hao trong các chi tiết dẫn điện ,tổn hao trong các chi tiết bằng vật liệu sắt từ và tổn hao điện môi. 1.Tổn hao trong các chi tiết dẫn điện (tổn hao đồng) a)Tổn hao trong đồng trong dây quấn sơ cấp Năng lượng tổn hao trong day dẫn do dòng điện đi qua được tính theo công thức : DPCu1=I12.R1=3002.5,675.10-4=51,075(W). b)Tổn hao đồng trong dây quấn thứ cấp DPCu1=I12.R1=52.0,2568=6,42(W). 2.Tổn hao sắt từ trong lõi thép : Vì mạch từ nằm trong vùng từ trường biến thiên trong chúng có tổn hao do dòng xoáy và do từ trễ gây nên và tính theo công thức Trong đó : P1/50 là suất tổn hao trong thép khi cường độ từ cảm là 1 Tesla (T) ở tần số 50Hz. P1/50=0,47WW/Kg. Bg và Bt là cường độ từ cảm ở trong trụ và trong gông, (T) Gg và Gt là trọng lượng của trụ và gông tính theo kích thước hình học của lõi thép. (Kg) G=V.g=(32.32.7-22.22.7).g.10-6. g=7650 ÞG=28,9 (Kg). Pfe=29,8.0,06652.0,47=0,0619 (W) 3.Tổn Hao Trong các vật liệu cách điện Dưới tác dụng của điện trường biến thiên ,trong vật liệu cách điện sẽ sinh ra tổn hao điện môi: P=2.p.f.U2.tgd Trong đó P là công suất tổn hao ,W f tần số điện trường Hz U điện áp tgd là tg góc tổn hao điện môi ,phụ thuộc vào điện áp và được cho ở hình bên tgd U II>TÍNH TOÁN NHIỆT: 1.Tính độ bền nhiệt Khả năng chịu tác động do dòng điện ngắn mạch trong khoảng thời gian xác định (thường là 1 gây ) gọi là độ bền nhiệt . độ bền nhiệt thường được xác định bằng bội số ngắn mạch . tính độ bền nhiệt dựa trên cơ sở phương trình (*) trong đó dq -là gia số nhiệt độ của dây dẫn ; dQ -gia số nhiệt trong dây dẫn C -tỷ nhiệt của vật liệu dây dẫn ; q –tiết diện dây dẫn lấy tích phân phương trình trên ta có: (**) D-mật độ dòng điện r-điện trở suất của dây dẫn trong phương trình ** p=f1(q) C=f2(q) Để tính toán được đơn giản người ta xây dựng các đường cong q=f(D2t) D2t-Hiệu ứng nhiệt trong thời gian t giây. trong tính toán độ bền nhiệt của m.b.d: q0 –nhiệt độ cho trước thường lấy bằng 900C q-nhiệt độ cho phép khi phát nóng ngắn hạn ,tra theo bảng. 1 5.104 0 2 3 4 100 200 300 400 D2t 1 2 3 Đường cong q=f(D2t) của đồng nhôm và đồng thau ( 50% đồng) 1-Đồng Thau 2-Nhôm 3-Đồng s Hình 25 Nhiệt Độ cho phép phát nóng các phần dẫn điện của Máy Biến Dòng khi ngắn mạch. Vật liệu cách điện của phần dẫn điện Nhiệt độ cho phép 0C Đồng Nhôm Đồng thau Không khí Cách điện cấp B Cách điện khô cấp O và A Dầu và giấy dầu 300 300 250 200 200 200 200 200 200 200 200 200 Theo bảng trên với cách điện bằng dầu và giấy dầu qt=2000C Khi qt=2000C sử dụng đường cong ở hình vẽ trên ta được D2t-=3,2.104(A/mm2)2.s Khi qt=900C sử dụng đường cong ở hình vẽ trên ta được D2t=1,7.104(A/mm2)2.s suy ra hiệu ứng nhiệt của dòng ngắn mạch : (D2t)nm=(D2t)t-(D2t)0=1,5. 104(A/mm2)2.s Nếu t=1 giây thì Dnm=122,47(A/mm2) Inm=Dnm.q=122,47.150=18370,5(A). Trong đó q=150 tiết diện của dây quấn sơ cấp 2.Tính nhiệt cuộn dây sơ cấp: Để đơn giản trong việc tính toán coi cuộn dây là một khối đồng nhất được bao bọc bởi một lớp cách điện dầy 18mm độ chênh nhiệt trong lòng dây dẫn ra mặt ngoài của nó : áp dụng công thức 13-110(trang 496) sách thiết kế máy điện tác giả Trần Khánh Hà và Nguyên Hồng Thanh. Trong đó : d chiều dầy cách điện ở một phía lcđ: suất dẫn nhiệt của lớp cách điện theo bảng bên dưới Loại Vật liệu Suất dẫn nhiệt lcđ W.cm.C0 Loại vật liệu Suất dẫn nhiệt lcđ W.cm.C0 Băng Vải tẩm sơn Băng vải tẩm Bakêlít Vải sơn Giấy khô Giấy ngâm dầu 0,0027 0,0027 0,0025 0,0012 0,0014 Giấy tẩm sơn Bìa cách điện Bìa tẩm sơn Bakelít 0,0017 0,0017 0,0014 0,0020 mật độ dòng nhiệt trên bề mặt dây quấn ,W/m2. M_Bề mặt làm nguội tương ứng với từng dây quấn,m2. Kf_Hệ số tổn hao phụ Theo công thức 13-78b trang 480 sách thiết kế máy điện tác giả Trần Khánh Hà và Nguyên Hồng Thanh. Kf=1+0,95.b2.a4.n ở đây Với dây dẫn hình chữ nhật Kr hệ số Rogowski thường lấy 0,95. N số thanh dẫn của dây quấn thẳng góc với từ thông tản. m số thanh dẫn song song với từ trường tản . a,b- kích thước của dây dẫn theo hướng thẳng góc và song song với từ trường. Hình 26 Chiều cao toàn bộ dây dẫn l=12,3.2=24,6(mm) a=5mm b=10mm Kf=1+0,95.b2.a4.n=1+0,95.108.(.5.10-3.)4.3.0,7752=1,1069 Diện tích toả nhiệt của bề mặt cuộn dây được tính: M=2.4,26.32,614+2.30,614.4,26+2.(32,614.30,614-23.25)=1385,56cm2 =0,1385m2 Hình bên biểu diễn phần diện tích toả nhiệt của cuộn dây. Phần gạch chéo là phần diện tích toả nhiệt. Hình 27 Mật độ dòng nhiệt trên bề mặt dây quấn: Độ chênh nhiệt giữa dây quấn với bề mặt ngoài cuộn dây: Độ chênh nhiệt giữa mặt ngoài dây quấn với dầu Theo công thức 13-115 sách thiết kế máy điện tác giả Nguyễn Hồng Thanh và Trấn Khánh Hà. ở đây lấy k=0,285 Chênh nhiệt giữa dầu và thành sứ lấy khoảng 30C Vậy độ chênh nhiệt giữa cuộn dây sơ cấp và thành ngoài của sứ <[600C] 3) Tính nhiệt cuộn dây thứ cấp : Coi cuộn dây thứ cấp là một khối đồng nhất Tổn hao phụ cuộn dây thứ cấp lấy theo tỷ lệ với tổn hao chính. Tỷ lệ giữa tổn hao phụ và tổn hao chính là từ 0,5-1 đến 3-5%. Lấy 1% suy ra Kf=1,01 DPCu1=I12.R1=52.0,2568=6,42(W). Diện tích toả nhiệt của cuộn dây thứ cấp : M=(9.7-7.5).2+6.9.2+7.6.2=248cm2=0,0248m2. Mật độ dòng nhiệt trên bề mặt dây quấn: Độ chênh nhiệt giữa dây quấn với bề mặt ngoài cuộn dây: Độ chênh nhiệt giữa mặt ngoài dây quấn với dầu .Theo công thức 13-115 sách thiết kế máy điện tác giả Nguyễn Hồng Thanh và Trấn Khánh Hà. . ở đây lấy k=0,285. Chênh nhiệt giữa dầu và thành sứ lấy khoảng 30C. Vậy độ chênh nhiệt giữa cuộn dây sơ cấp và thành ngoài của sứ <[600C]. CHƯƠNG V TÍNH VÀ THIẾT KẾ KẾT CẤU I>KẾT CẤU MẠCH TỪ: Mạch từ hình chữ nhật được ghép từ các lá tôn kỹ thuật điện ,thép cán nguội M6T35, hãng Terni societa per L’industria et L’electricta theo sáng chế của hãng Armoco, có suất tổn hao P15=1,11W/kg, dầy 0,35mm cách điện bằng Carlite. Kích thước mạch từ Hình 28 Hình 30 Mạch từ được ghép lại và được cố địng bằng Bulông.Theo phương pháp này các lá tôn cần đột lỗ. Để sau khi ghép lõi sắt có các lỗ bắt bulông xuyên qua.Dùng bulông để cố định phải đảm bảo bulông không làm ngắn mạch các lá tôn, tức là phải có cách điện giữa bulông và lõi sắt.Ưu điểm của phương pháp này là đơn giản và chắc chắn. II>KẾT CẤU VỎ: Vỏ Máy Biến Dòng làm bằng sứ cách điện, Việc chọn sứ phải đảm bảo được điện áp phóng điện bề mặt.Chọn sứ có các kích thước như hình vẽ. Hình 31 Xác định trọng lượng ruột máy và trọng lượng dầu của máy biến dòng: Trọng lượng ruột máy xác định gần đúng theo công thức: M=1,2.(MFe+ Mcu1+ MCU2) Trong đó: 1,2 là hệ số kể đến trọng lượng ruột máy có thêm phần kết cấu cách điện và các kết cấu khác(như bulông,giá đỡ) Trọng lượng sắt MFe=3,78.7,85=29,673 (kg). Trọng lượng đồng dây quấn sơ cấp : Mcu1=8,9.0,33036=2,94 (Kg). Trọng lượng đồng dâu quấn thứ cấp : MCU2=VCu2.mCu=0,78.8,9=6,675 (Kg). M=1,2.(MFe+ Mcu1+ MCU2)=47,14 (Kg). Trọng lượng dầu biến áp: Gdầu=Vdầu.gdầu. Trong đó:Vdầu =Vt-VR Vt thể tích bên trong của sứ. VR thể tích ruột máy. Thể tích ruột máy được tính gầm đúng: Thể tích bên trong Sứ cách điện: Vt=(36,8/2)2.3,14.74+(36/2)2.3,14.57=136,65(dm3) Trọng lượng dầu Máy Biến Dòng : Gdầu =(Vt-VR).gdầu=(136,65-8,57).0,9=115,27(Kg) III>KẾT CẤU CÁC PHẦN VÍT,GIÁ ĐỠ: Mạch Từ Máy Biến Dòng được gắn vào máy bởi bộ phận giá đỡ, gồm hai thanh bakêlít (Kích thước xem trên bản vẽ ).Và được gắn vào đế máy biên dòng bởi các bulông. Thứ Tự Tên Chi tiết Vật liệu Số Lượng Ghi Chú 1 Chân Đế Thép 4 2 Đế Thép 1 3 Joăng Cao su 1 4 Bulông M12 4 Dùng Để gắn Sứ vào Đế 5 Sứ Xuyên 2 Dẫn điện Từ cuộn Thứ cấp ra hộp đấu day ở đế 6 Thanh Đỡ Mạch Từ Bakêlít 2 7 Cách điện Thứ cấp 8 Cuộn Dây Thứ Cấp 9 Mạch Từ 10 Cách điện Sơ cấp 11 Cuộn Dây sơ cấp 12 Bulông ép Mạch Từ 4 13 Vỏ sứ 14 Bulông Thép 2 Dẫn điện cao áp Từ ngoài vào cuộn sơ cấp 15 Bulông M12 Thép 4 Gắn nắp vào máy 16 Nắp máy Thép 1 17 Bình dãn dầu 1 18 Vòng Đệm Thép 19 Hộp Đấu dây IV.THỬ NGHIỆM: Sau khi chế tạo phải tiến hành thử nghiệm máy biến dòng. 1.Thử nghiệm điện áp: Đối với cuộn dây sơ cấp Máy Biến Dòng 110KV: Điện áp thử ngắn hạn tần số công nghiệp (50Hz) giá trị hiệu dụng là 125KV Điện áp thử Xung sét danh định (giá trị đỉnh ) là 550KV. Yêu cầu cách điện cuộn thứ cấp phải chịu điện áp thử (giá trị đỉnh), ngắn hạn tần số công nghiệp, bằng 2KV, trong 1 khoảng thời gian từ 30-60 giây. 2.) thử sai số máy biến dòng: Sử dụng một máy biến dòng mẫu loại tốt để kiểm nghiệm sản phẩm máy biến dòng đã chế tạo theo sơ đồ: Sử dụng máy biến dòng mẫu cấp chính xác cao và với máy biến dòng thử nghiệm đo dòng điện thử nghiệm. Đường cong từ hoá của tôn sử dụng trong đồ án TÀI LIỆU THAM KHẢO Khí cụ điện cao áp- tác giả-ĐINH NGỌC THÀNH ,LƯU MỸ THUẬN Thiết kế máy biến áp -tác giả PHẠM VĂN BÌNH ,LÊ VĂN DOANH. Thiết kế Máy điện -tác giả TRẦN KHÁNH HÀ ,VŨ HỒNG THANH. Công nghệ chế tạo máy điện -tác giả NGUYỄN ĐỨC SỸ. Giáo trình kỹ thuật điện cao áp -tác giả TÔ VIẾT ĐAN