Đồ án Tốt nghiệp Thiết kế máy biến dòng điện

heo 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 Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy biến dòng điện 16 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). Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy biến dòng điện 17 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: 1) 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. Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy biến dòng điện 18 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. Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy biến dòng điện 19 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 )(6,0 5 15 222 Ω==== T PT T T pt I S I UZ 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 : dm dm I WIW 2 11 2 . ¦ = (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.φm mà φ=B.Q ⇒ BW EQ .¦ .10.5,4 2 2 3− = (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 : 2 2 2 222 )()(. XXRRIE ptpt +++= Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy biến dòng điện 20 Trong tính toán sơ bộ có thể lấy gần đúng RT≈R2 Và Xt≈X2 ttp ZIXRIE ..2.2 2 22 22 =+= 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 : )(10.973,2 07568,0.120 10.6.5,4 .¦ .10.5,4 233 2 2 3 m BW EQ − −− === -Chiều dầy của lõi thép được tính theo công thức 7-5 sách khí cụ điện cao áp : ).( .2 aAKe Qb −= 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 )(7 10.85,0 73,29.2 ).( .2 cm aAKe Qb ≈=−= -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 : Do dây quấn sơ cấp có dòng điện và điện áp lớn nên dùng dây bẹt hoạc thanh dẫn -Tiết diện dây sơ cấp : 1,5cm 1cm Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy biến dòng điện 21 2150 2 300 mm j Iq === 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 ⇒ 25,2 2 5 mm j Iq === Tra bảng 7-5 trang 222 sách khí cụ điện cao áp chọn loại dây dẫn tròn q=2,57mm2. Φ=1,81mm cách điện 2δ=0,4mm -cuộn thứ cấp quấn làm bốn lớp Số vòng dây 1 lớp )(30 4 120¦ 111 Vongn WW === 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 2δ=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) Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy biến dòng điện 22 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 Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy biến dòng điện 23 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 1 .. S l Rdn ρ= Trong đó ρ 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 : )(10.736,1 150 2,1.0217,0.. 4 1 2 Ω=== − S l Rdn ρ 25cm 23 cm Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy biến dòng điện 24 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 )(10.939,3 150 .2.3614,1.0217,0.. 4 1 2 Ω=== − S l Rmt ρ R1=Rdn+Rmt=1,736.10-4+3,939.10-4=5,675.10-4(Ω) 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 Φ=1,81mm cách điện 2δ=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 : )(2568,0 57,2 120.25352,0.0217,0.. 1 22 2 Ω=== S Wl R ρ 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 ) )(10.)(3)lg(.)lg(..2,9...2. 9222 Ω⎭⎬ ⎫ ⎩⎨ ⎧ ++⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ +++= −BA da AB da BAWfkX π B a d Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy biến dòng điện 25 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. Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy biến dòng điện 26 Trong đó A=79,52mm B=63,54mm D=60,3mm a=9,54mm 3,6054,9 52,79lg.354,6 3,6054,9 54,63lg.952,7 +++=n { } )(10.)354,6952,7.(3.2,9.120.50.14,3.2.1 922 Ω++= −TX X2=0,195(Ω). 2.8) Trọng lượng sắt và đồng sử dụng a) 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). Hình17 b) 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) VFe=b.[A.B-a.b] (dm 3) VFe=0,7.[3,2.3,2-2,2.2,2]=3,78dm 3 ⇒MFe=3,78.7,85=29,673kg Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy biến dòng điện 27 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). Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy biến dòng điện 28 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 1. Tính toán sai số với dòng điện I1=I1đm: Hình 18 Theo các số liệu đã tính toán ở trên Ta có: R2=0,2568(Ω) X2=0,195(Ω) Rt’ Xt’ R1 R2’ X1 X2’ I1 U1 Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy biến dòng điện 29 Zt=0,6(Ω) Giả thiết phụ tải thứ cấp của máy biến dòng có cosϕ=0,8 Suy ra Rt=ZT.cosϕ=0,8.0,6=0,48(Ω) XT=ZT.sinϕ=0,6.0,6=0,36(Ω) Theo công thức ta có : += 2.2. . ..2 XIjE I2.R2+j.I2.Xt+I2.Rt=j.5.(0,195+0,36)+5.(0,2568+0,48)= 2,775j+3,684=5,2747∠α 0 222 222 37 .. .. =+ += t t RIRI XIXIactgα φ 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 )50.44,4.( 2 2 W E=φ ⇒ 2 3 2 10..5,4 W E −=φ chọn W1=2 suy ra )(120.¦ 1 2 1 2 VongWI IW == )(10.1978,0 120 2747,5.10.5,4 33 wb− − ==φ với F=50Hz Q=29,73cm2. Suy ra: )(0665,0 10.73,29.120 2747,5.10.5,4 .2¦ .10.5,4 4 3 2 3 tesla QW EB === − −− 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 )/(6625,2 06,007,0 )06,00665,0)(5,275,2(5,2 mAvongH =− −−+= H=0,026625Avòng/cm.Với H trên tra ở hình7-10 sách khí cụ điện cao áp tra ra góc tổn hao từ hoá ψ=120. Dựng đồ thị vectơ của máy biến dòng: a)Từ điểm 0 dựng vectơ -I2W2 Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy biến dòng điện 30 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 α góc lệch pha giữa s.đ.đ E2 và dòng điện I c)Dựng vectơ từ thông Φ sớm hơn s.đ.đ E2 một gốc 900. d)Dựng IoW1 hợp với Φ một góc ψ=120. Hình 19 áp dụng định luât toàn dòng điện I0W1=H.LTB. Trong đó LTB là chiều dài trung bình của đường sức từ )(108 2 4.224.32 cmLTB =+= W1 =2 số vòng dây sơ cấp ⇒I0=0,026625.108/2=1,43775(A) Hình 20 Từ đồ thị ta thấy rằng: ⏐I2W2-I1W1⏐= AB =I0W1.sin(ψ+α) Sai số tính theo đơn vị % sẽ là : E2 φ I0W1 I1W1 A B C α 900 δ’ 90-ψ+α ψ I2.R2 I2.X2 IT.RT IT.XT LTB Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy biến dòng điện 31 100).sin(100. 11 10 11 1122 αψ +−=−=Δ WI WI WI WIWI I %3616,0100).3712sin( 300 43775,1 ≈+−=ΔI Dấu trừ ở trước biểu thức thể hiện m.b.d làm việc ở phụ tải trở cảm. Vì góc δ thường rất nhỏ (δ<20) nên có thể lấy δ≈sin(δ). Sai số góc xác định theo công thức: ))(cos(sin 11 10 rad WI WI OC BC ψαδδ +==≈ '815,103440).1217,42cos( 300 43775,1sin =+=≈ δδ 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(Ω) R2=0,2568(Ω) Xt =0,36(Ω) X2=0,193(Ω) Theo công thức ta có : += 2.2. . ..2 XIjE I2.R2+j.I2.Xt+I2.Rt=j.0,5.( 0,36+0,193)+0,5.( 0,48+0,2568)=0,4612∠37 0 222 222 37 .. .. =+ += t t RIRI XIXIactgα φ 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 )50.44,4.( 2 2 W E=φ ⇒ 2 3 2 10..5,4 W E −=φ )(10.017295,0 120 4612,0.10.5,4 33 wb− − ==φ Với Kích thước lõi thép đã chọn ở trên ta suy ra B Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy biến dòng điện 32 )(0055817,0 10.73,29.120 4612,0.10.5,4 . .10.5,4 4 3 2 2 3 T Qw EB === − −− 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 ψ=110 áp dụng định luât toàn dòng điện I0W1=H.LTB. Trong đó LTB là chiều dài trung bình của đường sức từ )(108 2 4.224.32 cmLTB =+= W1 =2 số vòng dây sơ cấp ⇒I0=0,0055.108/2=0,297(A) Từ đồ thị ta thấy rằng: ⏐I2W2-I1W1⏐= AB =I0W1.sin(ψ+α) Sai số tính theo đơn vị % sẽ là : 100).sin(100. 11 10 11 1122 αψ +−=−=Δ WI WI WI WIWI I %735,0100).375,11sin( 30 297,0 =+−=ΔI Dấu trừ ở trước biểu thức thể hiện m.b.d làm việc ở phụ tải trở cảm. Vì góc δ thường rất nhỏ (δ<20) nên có thể lấy δ≈sin(δ). Sai số góc xác định theo công thức: ))(cos(sin 11 10 rad WI WI OC BC ψαδδ +==≈ '22,233440).5,1137cos( 30 297,0sin =+=≈ δδ 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(Ω) R2=0,2568(Ω) Xt =0,36(Ω) X2=0,193(Ω) Theo công thức ta có : Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy biến dòng điện 33 += 2.2. . ..2 XIjE I2.R2+j.I2.Xt+I2.Rt=j.1.( 0,36+0,193)+1.( 0,48+0,2568)= =0,555j+0,7368=0,9224∠37 0 222 222 37 .. .. =+ += t t RIRI XIXIactgα φ 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 )50.44,4.( 2 2 W E=φ ⇒ 2 3 2 10..5,4 W E −=φ )(10.03459,0 120 9224,0.10.5,4 33 wb− − ==φ Với Kích thước lõi thép đã chọn ở trên ta suy ra B )(01163,0 10.73,29.120 9224,0.10.5,4 . .10.5,4 4 3 2 2 3 T Qw EB === − −− 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 ψ=110 áp dụng định luât toàn dòng điện I0W1=H.LTB. Trong đó LTB là chiều dài trung bình của đường sức từ )(108 2 4.224.32 cmLTB =+= W1 =2 số vòng dây sơ cấp ⇒I0=0,009.108/2=0,486(A) Từ đồ thị ta thấy rằng: ⏐I2W2-I1W1⏐= AB =I0W1.sin(ψ+α) Sai số tính theo đơn vị % sẽ là : 100).sin(100. 11 10 11 1122 αψ +−=−=Δ WI WI WI WIWI I %6019,0100).3711sin( 60 486,0 =+−=ΔI Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy biến dòng điện 34 Dấu trừ ở trước biểu thức thể hiện m.b.d làm việc ở phụ tải trở cảm. Vì góc δ thường rất nhỏ (δ<20) nên có thể lấy δ≈sin(δ). Sai số góc xác định theo công thức: ))(cos(sin 11 10 rad WI WI OC BC ψαδδ +==≈ '36,183440).1137cos( 60 486,0sin =+=≈ δδ 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(Ω) R2=0,2568(Ω) Xt =0,36(Ω) X2=0,193(Ω) Theo công thức ta có : += 2.2. . ..2 XIjE I2.R2+j.I2.Xt+I2.Rt=j.2.( 0,36+0,193)+2.( 0,48+0,1327)= =2(0,555j+0,763)=1,8454∠370 0 222 222 37 .. .. =+ += t t RIRI XIXIactgα φ 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 )50.44,4.( 2 2 W E=φ ⇒ 2 3 2 10..5,4 W E −=φ )(10.0692,0 120 8454,1.10.5,4 33 wb− − ==φ Với Kích thước lõi thép đã chọn ở trên ta suy ra B )(02327,0 10.73,29.120 8454,1.10.5,4 . .10.5,4 4 3 2 2 3 T Qw EB === − −− Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy biến dòng điện 35 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 ψ=11,50 áp dụng định luât toàn dòng điện I0W1=H.LTB. Trong đó LTB là chiều dài trung bình của đường sức từ )(108 2 4.224.32 cmLTB =+= W1 =2 số vòng dây sơ cấp ⇒I0=0,014.108/2=0,756(A) Từ đồ thị ta thấy rằng: ⏐I2W2-I1W1⏐= AB =I0W1.sin(ψ+α) Sai số tính theo đơn vị % sẽ là : 100).sin(100. 11 10 11 1122 αψ +−=−=Δ WI WI WI WIWI I %471,0100).375,11sin( 120 756,0 =+−=ΔI Dấu trừ ở trước biểu thức thể hiện m.b.d làm việc ở phụ tải trở cảm. Vì góc δ thường rất nhỏ (δ<20) nên có thể lấy δ≈sin(δ). Sai số góc xác định theo công thức: ))(cos(sin 11 10 rad WI WI OC BC ψαδδ +==≈ '36,143440).5,1137cos( 120 756,0sin =+=≈ δδ 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(Ω) R2=0,2568(Ω) Xt =0,36(Ω) X2=0,193(Ω) Theo công thức ta có : LTB Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy biến dòng điện 36 += 2.2. . ..2 XIjE I2.R2+j.I2.Xt+I2.Rt=j.3.( 0,36+0,193)+3.( 0,48+0,2568)= =3.(0,555j+0,763)=2,768∠37o 0 222 222 37 .. .. =+ += t t RIRI XIXIactgα φ 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 )50.44,4.( 2 2 W E=φ ⇒ 2 3 2 10..5,4 W E −=φ )(10.1038,0 120 768,2.10.5,4 33 wb− − ==φ Với Kích thước lõi thép đã chọn ở trên ta suy ra B )(0349,0 10.73,29.120 768,2.10.5,4 . .10.5,4 4 3 2 2 3 T Qw EB === − −− 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 ψ=11,60 áp dụng định luât toàn dòng điện I0W1=H.LTB. Trong đó LTB là chiều dài trung bình của đường sức từ )(108 2 4.224.32 cmLTB =+= W1 =2 số vòng dây sơ cấp ⇒I0=0,0165.108/2=0,891(A) Từ đồ thị ta thấy rằng: ⏐I2W2-I1W1⏐= AB =I0W1.sin(ψ+α) Sai số tính theo đơn vị % sẽ là : 100).sin(100. 11 10 11 1122 αψ +−=−=Δ WI WI WI WIWI I %3679,0100).376,11sin( 180 891,0 =+−=ΔI Dờu trừ ở trước biểu thức thể hiện m.b.d làm việc ở phụ tải trở cảm. Vì góc δ thường rất nhỏ (δ<20) nên có thể lấy δ≈sin(δ). Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy biến dòng điện 37 Sai số góc xác định theo công thức: ))(cos(sin 11 10 rad WI WI OC BC ψαδδ +==≈ '39,113440).5,1137cos( 180 891,0sin =+=≈ δδ 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(Ω) R2=0,2568(Ω) Xt =0,36(Ω) X2=0,193(Ω) Theo công thức ta có : += 2.2. . ..2 XIjE I2.R2+j.I2.Xt+I2.Rt=j.4.( 0,36+0,193)+4.( 0,48+0,2568)= =4.(0,555j+0,736)=3,6908∠37o 0 222 222 37 .. .. =+ += t t RIRI XIXIactgα φ 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 )50.44,4.( 2 2 W E=φ ⇒ 2 3 2 10..5,4 W E −=φ )(10.1384,0 120 6908,3.10.5,4 33 wb− − ==φ Với Kích thước lõi thép đã chọn ở trên ta suy ra B )(04655,0 10.73,29.120 6908,3.10.5,4 . .10.5,4 4 3 2 2 3 T Qw EB === − −− 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 ψ=11,80 áp dụng định luât toàn dòng điện I0W1=H.LTB. Trong đó LTB là chiều dài trung bình của đường sức từ Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy biến dòng điện 38 )(108 2 4.224.32 cmLTB =+= W1 =2 số vòng dây sơ cấp ⇒I0=0,02.108/2=1,08(A) Từ đồ thị ta thấy rằng: ⏐I2W2-I1W1⏐= AB =I0W1.sin(ψ+α) Sai số tính theo đơn vị % sẽ là : 100).sin(100. 11 10 11 1122 αψ +−=−=Δ WI WI WI WIWI I %3344,0100).17,428,11sin( 240 08,1 −=+−=ΔI Dấu trừ ở trước biểu thức thể hiện m.b.d làm việc ở phụ tải trở cảm. Vì góc δ thường rất nhỏ (δ<20) nên có thể lấy δ≈sin(δ). Sai số góc xác định theo công thức: ))(cos(sin 11 10 rad WI WI OC BC ψαδδ +==≈ '358,103440).5,1137cos( 240 08,1sin =+=≈ δδ 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(Ω) R2=0,2568(Ω) Xt =0,36(Ω) X2=0,193(Ω) Theo công thức ta có : += 2.2. . ..2 XIjE I2.R2+j.I2.Xt+I2.Rt= j.6.( 0,36+0,193)+6.( 0,48+0,2568)=6(0,555j+0,763)=5,5362∠37o Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy biến dòng điện 39 0 222 222 37 .. .. =+ += t t RIRI XIXIactgα φ 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 )50.44,4.( 2 2 W E=φ ⇒ 2 3 2 10..5,4 W E −=φ )(10.2076,0 120 362,5.10.5,4 33 wb− − ==φ Với Kích thước lõi thép đã chọn ở trên ta suy ra B )(0676,0 10.73,29.120 362,5.10.5,4 . .10.5,4 4 3 2 2 3 T Qw EB === − −− 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 ψ=130 áp dụng định luât toàn dòng điện I0W1=H.LTB. Trong đó LTB là chiều dài trung bình của đường sức từ )(108 2 4.224.32 cmLTB =+= W1 =2 số vòng dây sơ cấp ⇒I0=0,027.108/2=1,458(A) Từ đồ thị ta thấy rằng: ⏐I2W2-I1W1⏐= AB =I0W1.sin(ψ+α) Sai số tính theo đơn vị % sẽ là : 100).sin(100. 11 10 11 1122 αψ +−=−=Δ WI WI WI WIWI I %3102,0100).3713sin( 360 458,1 −=+−=ΔI Dấu trừ ở trước biểu thức thể hiện m.b.d làm việc ở phụ tải trở cảm. Vì góc δ thường rất nhỏ (δ<20) nên có thể lấy δ≈sin(δ). Sai số góc xác định theo công thức: Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy biến dòng điện 40 ))(cos(sin 11 10 rad WI WI OC BC ψαδδ +==≈ '32,93440).1337cos( 360 458,1sin =+=≈ δδ 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=α.Bmβ Thực nghiệm cho thấy rằng hệ số α phụ thuộc rất nhiều vào chất lượng sắt từ ,còn hệ số β hầu như không đổi với tất cả các loại tôn thông thường ΔΙ Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy biến dòng điện 41 β=0,6 đối với tất cả các loại tôn silic thông thường α= 0,55 đối với tôn sillic thông thường loại tối α=0,82 đối với loại trung bình α=1,1 đối với lọai xấu Để khảo sát lấy số liệu của loại tôn trung bình với α=0,82 và β=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 QW ZI QW EB dmm .¦ ..10.5,4 .¦ .10.5,4 2 022 3 2 2 3 −− == Nhân cả tử số và mẫu số của phương trình này cho I2đm =5 (A) và thay I2đm.W2 ≈I1đm.W1 ta được 11 02 .. .1125,0 WIQ ZB dm m = (**) Thay giá trị này vào công thức (*) : 6,0 11 022 10 ).. .1125,0(.8,0 WIQ ZLWI dm tb= Sử dụng công thức tính sai số và thay thế I0W1 bằng giá trị này ta được : 100).sin(.) .. .1125,0 ( ..82,0 6,0 11 02 1.1 α+Ψ−=Δ WIQ Z WI LI dmdm tb Rút gọn suy ra : 100. .).( )sin(...221,0 6,06,1 11 6,0 02 QWI ZL I dm tb α+Ψ−=Δ Cũng tay giá trị của Bm ở (**) vào công thức tính sai số góc ta được )('3440. .).( )cos(...221,0 6,06,1 11 6,0 02 QWI ZL dm tb αδ +Ψ= 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 Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy biến dòng điện 42 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: ttt Δ≥Δ Mới đạt cấp chính xác mong muốn. -Δtt gọi là khoảng sai số tính toán và được xác định theo công thức. )'(' 10120 IItt Δ−−Δ+=Δ Trong đó : +ΔI’120-giá trị sai số dương theo tiêu chuẩn ở 120% dòng điện định mức. -ΔI’10-giá trị sai số âm theo tiêu chuẩn ở 10% dòng điện định mức Còn đại lượng Δt thì mang khoảng sai số thực và được xác định theo : )'(' 12010 IIt Δ−−Δ−=Δ Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy biến dòng điện 43 Trong đó: -ΔI’120-giá trị sai số âm theo tiêu chuẩn ở 120% dòng điện định mức. -ΔI’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: I1W1cosδ-I2W2=I0.W1sin(Ψ+α) Chia cả hai vế phương trình này cho I1W1: )sin( . cos 11 10 11 22 αδ +Ψ=− WI WI WI WI (*) Đặt )sin( 11 10 αγ +Ψ= WI WI phương trình (*) có dạng mới : γδ =− 11 22cos WI WI Vì góc δ rất nhỏ ,nên cosδ≈1 suy ra phương trình trên có dạng: 1 11 22 −=− γ WI WI )1( 11 22 2 −−= γWI WII Thay giá trị I2 từ phương trình trên vào công thức 100).sin(100. 11 10 11 1122 αψ +−=−=Δ WI WI WI WIWI I và biến đổi ta được: %100 1 1)1( ¦ ¦ 2 2 −−− −=Δ γ W W I dm hc (**) Trong đó : ΔIhc-sai số dòng điện có hiệu chỉnh. Nhân và chia cả hai vế phương trình trên cho (γ+1): %100 )1( )1()1( ¦ ¦ 2 2 2 + +−−− −=Δ γ γγ W W I dm hc Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy biến dòng điện 44 Vì giá trị γ rất nhỏ nên có thể bỏ qua γ2 ở tử số và γ ở mẫu số: 100). ¦ ( 2 22 W WWI dmhc −+−=Δ γ 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=ΔW2 [ ]%100100. 2 2 dm hc W WI Δ+−=Δ γ Đại lượng dmW2 100 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: dmW W WI WI WI WIWI I 2 2 11 10 11 1122 100.100).sin(100. Δ++−=−=Δ αψ 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. Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy biến dòng điện 45 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: ⎟Δtt⎟≥⎟Δt⎟ Trong đó ⎟Δt⎟ khoảng sai số thực tế ,được xác định theo : )'(' 12010 IIt Δ−−Δ−=Δ -ΔI’120-giá trị sai số âm theo tiêu chuẩn ở 120% dòng điện định mức. -ΔI’10-giá trị sai số âm theo tiêu chuẩn ở 10% dòng điện định mức ở đặc tuyến thực. ⎟Δt⎟=0,732-0,3102=0,4218 ⎟Δcp⎟=⎟Δcp10⎟+⎟Δ120⎟=0,5+0,5=1% vậy ⎟Δt⎟≤⎟Δcp⎟ [ ]%100 2 2 dm chuahchc W WII Δ+Δ=Δ 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 ΔW2=0,5 (W2dm-W2=0,5). Tính với I1=0,1I1đm %3183,041666,0735,0100 2 2 −=+−=Δ+Δ=Δ dm chuahchc W WII Tính với I1=0,2I1đm %184,041666,0601,0100 2 2 −=+−=Δ+Δ=Δ dm chuahchc W WII Tính với I1=120I1đm %1064,041666,03102,0100 2 2 =+−=Δ+Δ=Δ dm chuahchc W WII Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy biến dòng điện 46 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 : dm m I In 2 max2= 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 2 2 max2 ....44,4 oZ QBwfI ∞= 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(Ω) Rt=0,6.0,8=0,48(Ω) ;Xt=0,6.0,6=0,36(Ω) R2=0,2568(Ω); X2=0,193(Ω); )(9227,0)()( 222202 Ω=+++= tt XXRRZ E2max=4,44.50.120.2,2.29,73.10-4=174,24(V) ΔΙ §Æc tuyÕn sau khi ®· hiÖu chØnh Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy biến dòng điện 47 84,188 9227,0 10.73,29.2,2.120.50.44,4....44,4 4 2 2 max2 === − ∞ oZ QBwfI 76,37 2 max2 == dm m I In 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(Ω) Rt=0,6.0,8=0,48(Ω) ;Xt=0,6.0,6=0,36(Ω) R2=0,1327(Ω); X2=0,2568(Ω); )(9227,0)()( 222202 Ω=+++= tt XXRRZ E2=I2.Z02 =166,25.0,9227=153,39(V) 0 222 222 37 .. .. =+ += t t RIRI XIXIactgα áp dụng công thức (7-1) sách khí cụ điện cao áp trang 220 )(934,1 10.73,29.120 39,153.10.5,4 4 3 TB == − − Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy biến dòng điện 48 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: )(1620 .2 108.30 0 AI == Với H=30AV/m tra hình 7-10 sách khí cụ điện cao áp trang 219 được góc tổn hao từ hoá Ψ chỉ vài phút. sai số 100).sin(100. 11 10 11 1122 αψ +−=−=Δ WI WI WI WIWI I %773,9100).37sin(. 95,0.35.300 1620 ==ΔI 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(Ω) 9.1Với Zt=4(Ω) Với: cos(ϕ)=0,8 Rt=4.0,8=3,2(Ω) ;Xt=4,0,6=2,4(Ω) R2=0,2568; X2=0,193 )(32,4)()( 22 2 202 Ω=+++= tt XXRRZ 0 222 222 87,36 .. .. =+ += t t RIRI XIXIactgα n=8 I2=8.5.0,95=38(A) E2= I2.Z02 =38.4,32=164,16(V) Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy biến dòng điện 49 )(07,2 10.73,29.120 16,164.10.5,4 4 3 TB == − − 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) )(8118,1 10.73,29.120 64,143.10.5,4 4 3 TB == − − 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 Ψ=100. áp dụng định luật bảo toàn dòng điện I0.W2=H.Ltb Suy ra: )(216 2 108.4 AIo == sai số 100).sin(100. 11 10 11 1122 αψ +−=−=Δ WI WI WI WIWI I %2444,7100).887,36sin(. 300.95,0.7 216 =+=ΔI Vậy n=7 là bội số 10% 9.2Với Z2=2(Ω) Với: cos(ϕ)=0,8 Rt=2.0,8=1,6(Ω) ;Xt=2.0,6=1,2(Ω) R2=0,2568; X2=0,193 )(32,2)()( 22 2 202 Ω=+++= tt XXRRZ 0 222 222 877,36 .. .. =+ += t t RIRI XIXIactgα n=15 Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy biến dòng điện 50 I2=15.5.0,95=71,25(A) E2= I2.Z02 =47,5.2,32=165,3(V) )(2085 10.73,29.120 3,165.10.5,4 4 3 TB == − − 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) )(807,1 10.73,29.120 26,143.10.5,4 4 3 TB == − − 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 Ψ=100. áp dụng định luật bảo toàn dòng điện I0.W2=H.Ltb Suy ra: )(2,170 2 108.3,3 AI o == sai số 100).sin(100. 11 10 11 1122 αψ +−=−=Δ WI WI WI WIWI I %34,3100).1087,36sin(. 300.95,0.13 2,170 =+=ΔI n=13,5 I=13,5.5.0,95=64,125(A) E2= I2.Z02 =28,5.2,32=148,77(V) )(8765,1 10.73,29.120 77,148.10.5,4 4 3 TB == − − 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 Ψ=40. áp dụng định luật bảo toàn dòng điện I0.W2=H.Ltb Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy biến dòng điện 51 Suy ra: )(405 2 108.5,7 AIo == sai số 100).sin(100. 11 10 11 1122 αψ +−=−=Δ WI WI WI WIWI I %878,6100).487,36sin(. 300.95,0.5,13 405 =+=ΔI Vậy n=13,5 là bội số10 % 9.3Với Z2=1(Ω) Với: cos(ϕ)=0,8 Rt=1.0,8=0,8(Ω) ;Xt=1.0,6=0,6(Ω) R2=0,2568; X2=0,193 )(321,1)()( 22 2 202 Ω=+++= tt XXRRZ 0 222 222 88,36 .. .. =+ += t t RIRI XIXIactgα n=25 I2=10.5.0,95=118,75(A) E2= I2.Z02 =47,5.1,321=156,8(V) )(9786,1 10.73,29.120 8,156.10.5,4 4 3 TB == − − 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) )(91535,1 10.73,29.120 84895,151.10.5,4 4 3 TB == − − 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 Ψ=chỉ vài phút. áp dụng định luật bảo toàn dòng điện I0.W2=H.Ltb Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy biến dòng điện 52 Suy ra: )(1080 2 108.4,2 AI o == sai số 100).sin(100. 11 10 11 1122 αψ +−=−=Δ WI WI WI WIWI I %395,9100).87,36sin(. 300.95,0.2,24 1080 ==ΔI 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 tbL WIH 110 = Từ đó suy ra Φm Giá trị trung bình của điện áp trên hai đầu cuộn thứ cấp được tính theo biểu thức E20tb=4.f.W2.Φm 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. Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy biến dòng điện 53 Hình 23 Các giá trị tức thời của E20 sẽ bằng : dt dWE φ220 −= Từ đồ thị ta thấy rằng E20 cực đại khi từ thông Φ qua trị số không .Vì đạo hàm dΦ/dt là lớn nhất.trên đoạn nằm ngang của hình thang Φ 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 . Hình 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 Φ thay đổi theo t hình c) .từ hình c thấy rằng 3π/2 E π/2 φ π Β1 φ Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy biến dòng điện 54 ss 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 )5(5,5 108 2.300.1 0 === tbl WIH 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 Hình .Quan hệ E20=f(H0) của lõi hình xuyến kiểu dải băng Của tôn ∋310 Hình .Quan hệ E20=f(H0) của lõi hình xuyến kiểu dải băng Của tôn ∋41 Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy biến dòng điện 55 Năng lượng tổn hao trong day dẫn do dòng điện đi qua được tính theo công thức : ΔPCu1=I12.R1=3002.5,675.10-4=51,075(W). b)Tổn hao đồng trong dây quấn thứ cấp ΔPCu1=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 [ ] WfGBGBpP ggttFe ¦;)50.(.. 3,12250/1 += 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.γ=(32.32.7-22.22.7).γ.10-6. γ=7650 ⇒G=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.π.f.U2.tgδ Trong đó P là công suất tổn hao ,W f tần số điện trường Hz U điện áp tgδ là tg góc tổn hao điện môi ,phụ thuộc vào điện áp và được cho ở hình bên tgδ Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy biến dòng điện 56 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 . dm nm nm I In 1 = tính độ bền nhiệt dựa trên cơ sở phương trình dt qIC Ri qIc dQd .. . .. 2 −==θ (*) trong đó dθ -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: ∫ ∫∫∫ Δ=== t t o tt dt C dt qiC Ridt iqC Rid 0 2 2 0 2 0 . .. . .. . ρρθ θ θ ∫ Δ=− tt dtC0 2 0 . ρθθ (**) Δ-mật độ dòng điện ρ-điện trở suất của dây dẫn trong phương trình ** p=f1(θ) C=f2(θ) Để tính toán được đơn giản người ta xây dựng các đường cong U Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy biến dòng điện 57 θ=f(Δ2t) Δ2t-Hiệu ứng nhiệt trong thời gian t giây. trong tính toán độ bền nhiệt của m.b.d: θ0 –nhiệt độ cho trước thường lấy bằng 900C θ-nhiệt độ cho phép khi phát nóng ngắn hạn ,tra theo bảng. 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 θt=2000C Khi θt=2000C sử dụng đường cong ở hình vẽ trên ta được Δ2t-=3,2.104(A/mm2)2.s Khi θt=900C sử dụng đường cong ở hình vẽ trên ta được Đường cong θ=f(Δ2t) của đồng nhôm và đồng thau ( 50% đồng) 1-Đồng Thau 2-Nhôm 3-Đồng 1 5.10 4 0 2 3 4 100 200 300 400 Δ2t 1 2 3 Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy biến dòng điện 58 Δ2t=1,7.104(A/mm2)2.s suy ra hiệu ứng nhiệt của dòng ngắn mạch : (Δ2t)nm=(Δ2t)t-(Δ2t)0=1,5. 104(A/mm2)2.s Nếu t=1 giây thì Δnm=122,47(A/mm2) Inm=Δnm.q=122,47.150=18370,5(A). Trong đó q=150 tiết diện của dây quấn sơ cấp )(235,61 300 5,18270 1 lan I I n dm nm nm === 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. )(10.. 040 C q cd −= λ δθ Trong đó : δ chiều dầy cách điện ở một phía λcđ: suất dẫn nhiệt của lớp cách điện theo bảng bên dưới Loại Vật liệu Suất dẫn nhiệt λcđ W.cm.C0 Loại vật liệu Suất dẫn nhiệt λcđ 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 M KP q fCu .= 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 Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy biến dòng điện 59 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.β2.a4.n ở đây RKl mb ..=β 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 775,095,0. 6,24 1.07,20.. === RKl mbβ Kf=1+0,95.β2.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 Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy biến dòng điện 60 Hình 27 Mật độ dòng nhiệt trên bề mặt dây quấn: )/(408 1385,0 1069,1.075,51. 2mW M KP q fCu === Độ chênh nhiệt giữa dây quấn với bề mặt ngoài cuộn dây: )(2,4310. 10.17,0 10.18.40810.. 043 2 4 0 C q cd === −− − − λ δθ 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. 6,0 0 .qkd =θ ở đây lấy k=0,285 Cqkd 06,06,0 0 5,10408.285,0. ===θ 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 ΔPCu1=I12.R1=52.0,2568=6,42(W). Diện tích toả nhiệt của cuộn dây thứ cấp : Hình bên biểu diễn phần diện tích toả nhiệt của cuộn dây. Phần gạch chéo là phần diện tích toả nhiệt. Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy biến dòng điện 61 M=(9.7-7.5).2+6.9.2+7.6.2=248cm2=0,0248m2. Mật độ dòng nhiệt trên bề mặt dây quấn: )/(75,284 0248,0 1,1.42,6. 2mW M KP q fCu === Độ chênh nhiệt giữa dây quấn với bề mặt ngoài cuộn dây: )(37,810. 10.17,0 10.5.75,28410.. 043 2 4 0 C q cd === −− − − λ δθ 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. 6,0 0 .qkd =θ . ở đây lấy k=0,285. Cqkd 06,06,0 0 5,10408.285,0. ===θ 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]. Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy biến dòng điện 62 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. C¸ch ghÐp M¹ch tõ Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy biến dòng điện 63 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. γdầu. Trong đó:Vdầu =Vt-VR Vt thể tích bên trong của sứ. VR thể tích ruột máy. Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy biến dòng điện 64 Thể tích ruột máy được tính gầm đúng: )(57,8 5,5 14,47 3dmGV r R R === γ 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).γdầu=(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 Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy biến dòng điện 65 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. M¸y BiÕn Dßng Thö NghiÖm M¸y BiÕn Dßng MÉu S¬ §å KiÓm §Þnh Sai Sè M¸y BiÕn Dßng u∼ T¶iT¶i BiÕn ¸p tù ngÉu Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy biến dòng điện 66 Đường cong từ hoá của tôn sử dụng trong đồ án — ˜ Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy biến dòng điện 67 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