Bài giảng Máy biến điện áp

ì dụng cụ thông thường không thể đáp ứng được vì điện trở cách điện của thiết bị không cho phép,còn nếu thiết kế chế tạo thiết bị đo lường và bảo vệ với điện áp cao thì rất tốn kém và không an toàn cho người dùng.Vì vậy để đo lường và bảo vệ ở điện áp cao người ta phải dùng một thiết bị trung gian để giảm điện áp xuống thiết bị này được gọi là máy biến điện áp . Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật ,máy biến điện áp đã được cải tiến rất nhiều về kiểu loại ,kết cấu ,vật liệu chế tạo cũng như tính năng làm việc . Trong đề tài đồ án của em , em sẽ thiết kế máy biến điện áp một pha ngâm dầu, tiêu chuẩn IEC- 186 với các số liệu ban đầu : điện áp sơ cấp U1đm = 35/ 3 kv điện áp thứ cấp U2đm= 100/ 3 kv công suất định mức S2đm = 150 VA cấp chính xác 1 với điện áp thay đổi ( 0,8 ÷ 1,2)Uđm ,phụ tải ( 0,25 ÷ 1)Sđm , cosϕ = 0,8 Toàn bộ đồ án gồm có 4 chương : Chương I :phân tích chọn phương án ,tính chọn cách điện . Chương II : tính tóan điện từ máy biến điện áp Chương III: tính toán sai số máy biến điện áp và hiệu chỉnh sai số Chương IV: tính toán và thiết kế kết cấu Do trình độ và thời gian còn hạn chế nên đồ án của em không tránh khỏi những thiếu sót .Em rất mong được sự đóng góp ý kiến của thầy ,cô và của các bạn để đồ án của em hoàn chỉnh hơn . Qua đây em xin chân thành cảm ơn thầy Bùi Tín Hữu đã tận tình hướng dẫn em làm và hoàn thành đồ án ,và các thầy ,cô giáo đã day em trong 5 năm qua để em có kiến thức hoàn thành đồ án này . Em xin chân thành cảm ơn ! Sinh viên Vũ Huy Cường * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 2 CHƯƠNG I PHÂN TÍCH CHỌN PHƯƠNG ÁN ,TÍNH CHỌN CÁCH ĐIỆN 1.1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP Hệ thống điện thường có điện áp cao nên khi đo lường và bảo vệ gặp rất nhiều khó khăn .Nếu ta thiết kế ,chế tạo thiết bị đo lường và bảo vệ với điện áp cao thi sẽ rất tốn kém và nguy hiểm cho người sử dụng .Vì vậy ta cần giảm điện áp xuống để dùng các thiết bị đo lường và bảo vệ thông thường ở điện áp thấp ,tiêu chuẩn,an toàn .Thiết bị dùng để giảm điện áp cao xuống điện áp thấp ,tiêu chuẩn được gọi là máy biến điện áp Máy biến điện áp là một loại khí cụ điện dùng để hạ điện áp cao xuống điện áp thấp tiêu chuẩn ,an toàn dùng cho đo lường và bảo vệ rơle. Trị số điện áp thứ cấp lấy theo tiêu chuẩn nhà nước .ở Liên xô Châu âu và là 100V hoặc 3/100 V ,ở Anh và các nước ả rập là 100V ,ở mỹ 120 V .Trên hình H1.1 trình bày sơ đồ đấu dây của BU một pha .Cuộn dây sơ cấp nối với phía điện áp cao qua cầu chì bảo vệ cao áp .Cuộn dây thứ cấp cấp nguồn cho các thiết bị đo lường và bảo vệ qua cầu chì bảo vệ hạ áp .Để an toàn một đầu cuộn hạ áp và lõi thép của BU được nối đất Hình 1.1 Đối với BU không yêu cầu độ bền nhiệt và độ bền điện động cao ,vì dòng điện thứ cấp rất bé thậm chí khi ngắn mạch ở mạch thứ cấp cũng không sinh ra hiệu ứng nhiệt và điện động nào cả ,hơn nữa ở mạch máy biến điện áp thường đặt cầu chì bảo vệ . Máy biến điện áp có các cấp chính xác sau :0,2; 0,5; 1; 3; và 6 BU với cấp chính xác 0,2 dùng cho mẫu ,cấp 0,5 dùng cho đo đếm điện năng ,cấp 1 dùng cho đồng hồ bảng ,còn cấp 3 và cấp 6 dùng cho bảo vệ .Cấp chính xác của BU không đổi khi điện áp sơ cấp giao động trong khoảng U= (0,8÷ 1,2)Uđm,phụ tải bằng St= (0,25 1÷ )Sđm ,với cosϕ = 0,8. Trị số sai số lớn nhất đối với các cấp chính xác khác nhau được ghi trong bảng dưới đây : .bảng 1-1 giới thiệu sai số lớn nhất của máy biến áp. C A B V a x A X * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 3 Cấp chính xác Sai số lớn nhất điện áp {%} Góc [phút] 0,2 2,0± 10± 0,5 5,0± 20± 1 1± 40± 3 3± Không qui định Khuynh hướng phát triển máy biến điện áp hiện nay là thiết kế chế tạo những máy biến điện áp có dung lượng lớn ,điện áp thật cao ,dùng nguyên liệu mới để giảm kích thước và trọng lượng máy .Về vật liệu hiện nay đẫ dùng loại thép cán lạnh không những có từ tính tốt mà tổn hao sắt lại tốt do đó nâng cao được hiệu suất của máy biến điện áp . 1.2 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP ta xét sơ đồ nguyên lý của một máy biến điện áp một pha hai dây quấn như hình 1.1 Hình 1.2 ,cảm ứng ra các suất điện động (s.đ.đ) e1 và e2 .Dây quấn thứ cấp có s,đ.đ sẽ sinh ra dòng điện i2 đưa ra tải với điện áp là u2. Giả sử điện áp xoay chiều đặt vào là một hàm số sin ,thi từ thông do nó sinh ra cũng là một hàm số hình sin: Φ = Φmsinωt do đó theo định luật cảm ứng điện từ ,s.đ.đ cảm ứng trong các dây quấn sẽ là : ) 2 sin(2 cos sin . 1 1111 Π−= Φ−=Φ−=Φ−= tE tw dt tdw dt dwe mm ω ωωω ) 2 sin(2 cos sin . 2 2222 Π−= Φ−=Φ−=Φ−= tE tw dt tdw dt dwe mm ω ωωω trong đó : Φ W2 W1 I2 I1 Zt U1 U2 Dây quấn sơ cấp có w1 vòng dây và dây quấn thứ cấp có w2vòng dây đều được quấn trên cùng một lõi thép .Khi đặt một điện áp xoay chiều u1 vào dây quấn sơ cấp trong đó sẽ có dòng điện i1 .Trong lỗi thép sẽ sinh ra từ thông Φ móc vòng với cả hai dây quấn * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 4 mmm fw fwwE Φ=ΦΠ=Φ= 1111 44,42 2 2 .ω mmm fw fww E Φ=ΦΠ=Φ= 2222 44,42 2 2 .ω là giá trị hiệu dụng của các s.đ.đ dây quấn thứ cấp và sơ cấp các biểu thức trên cho thấy s.đ.đ cảm ứng trong dây quấn chậm pha so với từ thông sinh ra nó một góc 2 Π Dựa vào các biểu thức trên người ta định nghĩa tỷ số biến điện áp của BU như sau : 2 1 2 1 w w E Ek == nếu không kể đến điện áp rơi trên các dây quấn thì có thể coi 11 EU ≈ ; 22 EU ≈ do đó k được xem như tỷ số điện áp giữa hai dây quấn : 2 1 2 1 U U E Ek ≈= 1.3 PHÂN LOẠI VÀ CÁC KIỂU MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP I.phân loại : máy biến điện áp được phân thành các loại sau : 1.theo số pha: có hai loại -máy biến điện áp một pha -máy biến điện áp ba pha 2.theo số dây quấn : - loại 2 dây quấn -loại 3 dây quấn 3.theo cấp chính xác : - theo giá trị sai số cho phép 4.theo phương thức làm mát : -máy biến điện áp dầu - máy biến điện áp khô (không khí ). 5.loai thiết bị có : -máy biến điện áp trong nhà -máy biến điện áp ngoài trời -máy biến điện áp cho các thiết bị phân phối hợp bộ . * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 5 II.các kiều máy biến điện áp Về kiểu máy biến điện áp chia làm 3 nhóm: -máy biến điện áp khô - máy biến điện áp dầu - máy biến điện áp nối tầng 1.máy biến điện áp khô . Máy biến điện áp khô được chế tạo với điện áp định mức 24 kv.Vật liệu cách điện là epoxy. Mạch từ của máy biến điện áp được ghép từ các lá tôn kỹ thuật điện .đối với mạch từ kiểu HOC –05 thì dùng các tấm tôn dập hình chữ e ,còn các kiểu máy biến điện áp khác thì dùng các tấm tôn hình chữ nhật . Dây quấn được quấn nhiều lớp trên những ống khung cách điện và được sơn tẩm bằng sơn dùng cho điện áp pha .Các máy biến điện áp được nối với lưới bằng các đầu cực phân bố trên các sứ và ba nêm cách điện . Các máy biến điện áp HOCK-6-66 chỉ dùng với các thiết bị ,phân phối hợp bộ cao áp trong các mở than ,khi lắp đặt nó phải đổ một lớp bitum cách điện kín ,bởi vậy nó không có bệ nêm đầu ra ,các dây quấn của máy biến điện áp được đưa ra bằng các dây cáp mềm Các máy biến điện áp kiểu HOΠ và 3HOΠ Là những khối đúc mà trong đó dây quấn và mạch từ được nằm kín trong eboxy . HÌNH 1.3 GIỚI THIỆU KẾT CẤU BU KHÔ KIỂU HOC-3 1- gông từ 2- cuộn dây cao áp 3-cuộn dây hạ áp 4-các đầu vào cao áp 5-các đầu ra hạ áp Hình 1.3 Đối với các máy biến điện áp mà dây quấn được quấn trên các mạch từ hình xuyến thi dây quấn trong là dây quấn thứ cấp phụ . 2.máy biến điện áp dầu . 4 3 2 1 5 1 2 * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 6 Thường được chế tạo với điện áp 35kv trở lên. Sở dĩ đối với mạng điện có điện áp cao U> 35KV thường sử dụng kiểu dầu vì : Dỗu vừa cách điện tốt ,vừa làm mát tốt ,hơn nữa dễ bảo quản khi xẩy ra sự cố về chạm chập dây .Tuy nhiên loại máy biến điện áp kiểu dầu có kết cấu hơi phức tạp vì chúng thường có bình dãn dầu và trong quá trình làm việc cũng dễ gây ra cháy nổ .Nhưng loại này phù hợp với cấp điện áp cao ,vì thế cho nên đối với U> 35kv thì để đảm bảo yêu cầu về mặt cách điện cũng như trong quá trình làm việc ,người ta thường chế tạo loại máy biến điện áp kiểu ngâm dầu . Mạch từ được ghép từ các lá tôn kỹ thuật điện dây quấn nhiều lớp được quấn trên một ống cách điện :dây quấn cao áp có màn chắn tĩnh điện ,các dây quấn cao áp bao gồm một hoặc hai cuộn si để bảo vệ quá điện áp . Thùng máy biến điện áp được hàn bằng tôn như của loại máy 3HOM 15-63 ,thép phi từ tính bởi vì dùng trực tiếp với các thiết bị và được đặt gần các thanh cái dẫn điện của các máy phát lớn . các đầu ra của dây quấn của phần lớn các máy biến điện áp được nối với đầu ra trên sứ đặt trên nắp máy .Đầu vào hạ áp và các đầu nối đất của dây quấn cao áp của các máy biến điện áp 3 HOM 15- 63 ,3 HOM 24-69 được đặt trên vách thùng .các đầu ra của dây quấn hạ áp các máy biến điện áp 3 HOM 35-66 được đưa ra một mảng đầu ra trên thành thùng . Máy biến điện áp 3 HOM 35-65 và 3HOM 35-66 có bình dãn dầu đặt ở phía đầu cao áp .ở máy biến điện áp này kín hoàn toàn .ở máy biến điện áp kiểu khác thì không có bình dãn dầu ,mức dầu trong thùng thường thấp hơn nằm từ 20-30 cm. 3. máy biến điện áp nối tầng Với điện áp lớn hơn 35kv để giảm kích thước cách điện ,người ta dùng kiểu biến áp nối tầng ,mỗi tầng chịu một điện áp nhất định .Với điện áp 110 kv ,thường dùng kiểu hai tầng ,mỗi tầng chịu một nửa điện áp như hình 1.4. Mỗi tầng kiểu này có mạch từ riêng (I) và (II) ,có cuộn dây cao áp riêng ,mỗi cuộn chịu một nửa điện áp pha ,cuộn dây cao áp (BH) của mạch từ MII có đầu vào nối với điện áp pha ,phía cuối nối với mạch từ và cách điện với MI .Đầu cao áp của cuộn dây ở mạch từ MI nối với phía cuối của mạch từ MII và có điện áp bằng 1/2 điện áp pha .Phía cuối của cuộn dây cao áp BH ở mạch từ MI được nối đất cùng với MI .Phía hạ áp HH có hai cuộn dây a-x và aγ -xγ ,một cuộn dùng cho đo lường ,một cuộn dùng cho bảo vệ .Hai cuộn bù (CB1) và (CB2) dùng để phân bố điện áp đều trên hai cuộn cao áp khi mạch thứ cấp có tải . * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 7 Hình 1.4 Sơ đồ trên hình 1.5 hiện đại hơn và có nhiều ưu điểm so với sơ đồ ở hình 1.4 ,loại này có một mạch từ ,cách ly với đất các cuộn dây được cuốn trên hai trụ của mạch từ . Hình 1.5 A x M UΦ a aγ BH BH * * * HH ΠΠ 2 φU X A xγ UΦ x M BH CB2 II M I BH CB1 a aγ 2 φU * * ** * HH X * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 8 III.giới thiệu một số loại máy biến điện áp Trong hệ thống điện hiện nay có thể có 3 loại máy biến điện áp : Loại cảm ứng điện từ Loại tụ điện phân áp Các máy biến điện áp kiểu mới 1.Máy biến điện áp kiểu cảm ứng điện từ Máy biến điện áp có thể được chế tạo 3 pha (thường cho cấp điện áp U< 35kv) hiệu chỉnh một pha (cho U≥66kv) ,với một hiệu chỉnh hai cuộn dây thứ cấp .Tuỳ theo điện áp cần thiết ở phía thứ cấp ta có thẻ sử dụng các loại máy biến điện áp khác nhau ,đấu nối theo những sơ đồ khác nhau .Sơ đồ hình 1.6 sử dụng 3 máy biến điện áp một pha ,hai cuộn dây Các máy biến điện áp một pha hai dây quấn đến 35kv có thể được nối thành tổ máy biến điện áp ba pha theo sơ đồ y0-y0 có trung tính của sơ cấp và thứ cấp nối đất hình 1.6 . Hình 1.6 Sơ đồ tam giác hở gồm 2 máy biến điện áp một pha nối với hệ thống ba pha như hình h1.7 .Khác với sơ đồ tam giác ,đồ thị vectơ của sơ đồ tam giác hở chỉ là 2 cạnh của tam giác đều .Đặc điểm của sơ đồ này là khi tải của ba pha đối xứng , công suất của cả hai máy biến điện áp bằng công suất của một máy biến điện áp nhân với 3 Tức là nhỏ hơn 13% so với tổng công suất của chúng Hình1.7 C B A a b c C B w w A * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 9 Quá trình quá độ trong máy biến điện áp kiểu cảm ứng điện từ thông không có ảnh hưởng gỉ lớn đến sự làm việc của thiết bị bảo vệ . Thành phần một chiều của điện áp quá độ cũng được phản ánh dẽ dàng sang phía thứ cấp ,hài bậc cao cũng vậy .Trong một số trường hợp có thể xẩy ra cộng hưởng nếu tần số của hài bậc cao trùng với tần số cộng hưởng của máy biến điện áp .Khả năng cộng hưởng sẽ được giảm thấp nếu phụ tải phía thứ cấp là điện trở tác dụng ,hiệu chỉnh tổn hao công suất phía thứ cấp khá lớn . 2. Máy biến điện áp kiểu tụ phân áp Đối với hệ thống điện áp cao đến 765kv ,cũng có thể sử dụng máy biến điện áp làm việc theo nguyên lý phân áp điện dung . Máy biến điện áp điện dung có thể được nối với các dụng cụ đo lường thông thường và rơle bảo vệ . Chúng cũng có thể được phép dùng trong mục đích đo đếm tiền điện . Kích thước của máy biến điện áp kiểu điện từ tỷ lệ với điện áp sơ cấp của nó .Khi điện áp tăng ,giá thành loại BU kiểu điện từ tăng nhanh vì cách điện cao .Máy biến điện áp kiểu tụ phân áp cho điện áp cao có tính kinh tế hơn . Phân áp kiểu tụ cũng giống như phân áp kiểu điện từ ,điện áp lấy ra ở một vị trí phân áp nào đó phụ thuộc vào vị trí phân áp và tổng trở của phụ tải hình 1.8 Trong bộ phân áp kiểu tụ ,tổng trở của nguồn mang tính dung kháng hình 1.9 đấu nối tiếp vào mạch phân áp .Nếu tụ điện và cuộn điện kháng không chứathành phần điện trở tác dụng thì vềnguyên lý có thể bù hoàn toàn tổng trở nguồn và lấy ra công suất tùy ý ở phía thứ cấp . Trên thực tế các cuộn kháng đều chứa thành phần điện trở tác dụng nên công suất đầu ra của bộ phân ápbị hạn chế .Nếu muốn lấy trực tiếpđiện áp thứ cấp bằng điện áp thứ cấp danh định của BU ,chẳng hạn bằng 100v ,thì để đạt công suất phụ tải danh định ,trị số của tụ phân áp phải rất lớn ,Để giảm dung lượng của tụ phân áp và đảm bảo công suất đầu ra của BU ,người ta sử dụng sơ đồ có máy biến áp điện từ trung gian . a x X A C1 C2 Zpt Hình 1.8 a x X A C1 C2 Zpt L Hình 1.9 * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 10 trên hình 1.10 trình bày sơ đồ nguyên lý của một máy biến điện áp kiểu này . Bộ phân áp gồm hai tụ C1 và C2 có thiết bị tải ba (TB) kết hợp truyền tin trong lưới điện .Để cung cấp đủ công suất cho đầu ra ,người ta dùng một biến áp có cuộn sơ cấp A1 x ,nối tiếp qua cuộn kháng (P) cộng hưởng với trị số tụ điện (C1 + C2)và cuộn lọc cao tần đấu song song với tụ điện C2 với điện áp khoảng 4 đến 12kv .Đầu ra có hai cuộn dây :cuộn (a-x) dùng cho mạch đo lường và bảo vệ ,còn cuộn (a’-x’) dùng để cản dịu chống cộng hưởng sắt từ và ảnh hưởng của quá trình quá độ. Nhược điểm chính của loại máy biến điện áp phân áp bằng tụ điện là có khả năng sinh ra quá điện áp cao khi có hiện tượng cộng hưởng sắt từ .Vì cuộn kháng phi tuyến kết hợp với tụ điện nên có khả năng xẩy ra cộng hưởng không những với sóng cơ bản mà còn với cả các sóng hài ,vì vậy sẽ gây ra nguy hiểm với cáchiện điện . 3.Máy biến điện áp ‘kiểu mới ‘. a.BU phân áp kiểu tụ điện có khuếch đại Loại BU kiểu này tránh được hiện tượng cộng hưởng sắt từ vì không sử dụng máy biến áp điện từ sau khi phân áp mà dùng bộ khuếch đại .Sơ đồ nguyên lý của loại này được cho ơdr hình 1.11 điện áp sơ cấp Us được bộ tụ phân áp giảm xuống trị số u s K U ,Ku là tỷ số phân áp và đặt vào đầu vào của bộ tiền khuếch đại 1 . UΦ C1 C2 A TB a’ x’ a xX A1 P L Uc2 Hình 1.10 * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 11 * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 12 Điện áp đầu ra của bộ tiền khuếch đại 1 sẽ được dẫn theo cáp đồng trục 2 đến bộ khuếch đại công suất 3,với nguồn nuôi 4 .Đầu ra của bộ khuếch đại 3 được nối với phía sơ cấp của máy biến áp cách ly 5 ,còn phía thứ cấp có hai cuộn dây ,một cuộn dùng cho đo lường, một cuộn dùng cho bảo vệ, với tổng công suất khoảng vài chục vôn –ampe Ưu điểm của loại biến áp này là kết cấu đơn giản ,làm việc trong quá trình quá độ tương đối tốt .Hạn chế chính của loại này là công suất của đầu ra thấp nên chỉ được dùng cho các rơle số hoặc rơle tĩnh có công suất tiêu thụ bé .BU kiểu tụ phân áp có khuếch đại đã được chế tạo và được sử dụng nhiều năm trong lưới điện cao áp . b. Máy biến điện áp làm việc theo hiệu ứng POCKLS Khi cho hai sóng ánh sáng chạy qua một tinh thể khúc xạ kép được đặt dưới tác dụng của một điện trường E,ta có thể đo được góc lệch pha δ giữa hai sóng này theo hiệu ứng điện quang tuyến tính POCKELS: δ = Kdq .E.L trong đó :Kdq –là hệ số điện quang ,Kdq =8,2.10-6 rad/v.m đối với tinh thể thạch anh E là cường độ điện trường trong tinh thể , V L chiều dài đường đi của ánh sáng trong tinh thể , m. Trên hình 1.12 trình bày sơ đồ nguyên lý của loại BU này Bộ phận phân áp gồm tụ C1 và phần tử POCKELS với điện dung C2 được đấu với điện áp cần đo Us .Điện áp đặt lên phần tử 2 tạo trong tinh thể một u s K UC2 Us Dây dẫn C1 1 2 3 4 5 U2 U’2 Hình 1.11 Us Ut Zpt 8765 λ/4 2 1C1 4 3 Hình 1.12 * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 13 điện trường E,tỷ lệ với điện áp cần đo .Chùm ánh sáng từ nguồn sáng 3 được đưa qua bộ phân cực 4 để phân thành hai sóng quang lệch pha nhau một góc Π/2 và chúng được chiếu qua phần tử 2. Dưới tác động của điện trường E trong tinh thể của phần tử hai sóng sẽ có tốc độ lan truyền khác nhau và làm tăng góc lệch pha δ giữa chúng ,sau đó sẽ đi qua bản cực 5 có bề dày bằng ẳ bước sóng để tiếp tục làm lệch pha thêm trước khi đưa đến bộ phận phân tích 6 .Độ sáng đầu ra ở bộ phận 6 tỷ lệ với góc lệch pha δ, vì vậy nó càng Tỷ lệ với điện áp được đo .Điốt quang 7 có chức năng biến đổi cường độ ánh sáng nhận được từ bộ phân tích 6 thành tín hiệu da ,qua bộ khuếch đại 8 để cho điện áp Ur tỷ lệ với điện áp Us . Loại máy biến điện áp kiểu này có cấu trúc khá phức tạp nên phạm vi ứng dụng còn hạn chế. 1.4 SAI SỐ CỦA MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP VÀ HIỆU CHỈNH SAI SỐ I.sai số của máy biến điện áp 1.Hệ số biến đổi điện áp Trong máy biến áp điện lực thường không kể đến độ sụt áp ở chế độ không tải trên các dây quấn nên hệ số biến đổi của máy biến áp được tính như sau : 02 1 2 1 2 1 U U W W E Ek ≈== trong đó : U1,U02 là điện áp sơ cấp và thứ cấp E1, E2 là sức điện động sơ cấp và thứ cấp W1, W2 là số vòng của cuộn sơ cấp và thứ cấp Về góc pha đối với máy biến áp điện lực khi không tải chúng ta cũng bỏ qua sự lệch pha của điện áp dây quấn sơ cấp và thứ cấp .Đối với máy biến điện áp thì không thể bỏ qua vấn đề này vì nó sẽ gây ra sai số điện áp lớn và làm cho cấp chính xác của máy biến điện áp sẽ khác với cấp đã định trước .Để hiểu rõ hơn về sai số điện áp ở các chế độ làm việc của máy biến điện áp chúng ta sẽ xét riêng các quá trình xẩy ra khi không tải và khi có tải . 2.chế độ không tải Khi đặt điện áp xoay chiều U1 vào dây quấn sơ cấp W1 thì trong dây quấn sơ cấp cảm ứng một sức điện động E1 ngược chiều với U1 và do có dòng điện không tải sẽ xuất hiện xụt áp trên dây quấn sơ cấp .Nếu bỏ qua xụt áp đó thì sức điện động E1 =U1và đường cong đồ thị của từ thông sẽ có dạng hình sin như hình 1.13 đồ thị hình 1.13 có thể được thay bằng đồ thị véctơ hình 1.14 * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 14 0 U1,E1,Φ E1 U1 Φ ωt Hình1.13 Đồ thị vectơ hình 1. 14 chỉ đúng với một BU lý tưởngnghĩa là BU không có tổn hao năng lượng . Tuy nhiê trong BU thực sẽ có tổn hao năng lượng xẩyra trong mạch từ và dây quấn .Vì thế đồ thị véctơ phức tạp hơn như hình 1 15 E1 Iox U1 0 Φ Hình 1.14 ở trường hợp biến áp lý tưởng với chế độ không tải thì trong cuộn sơ cấp có dòng điện Io = Iox đi qua ,và tạo nên từ thông Φ,từ thông này móc vòng với cuộn dây sơ cấp và thứ cấp của biến áp . Còn ở máy biến điện áp thực tế thì dòng không tải này gồm 2 thành phần : thành phần tác dụng (Ior) và thành phần phản kháng (Iox) tạo nên sự tổn hao ở chế độ không tải .Véc tơ dòng điện toàn phần Io là tổng hình học của hai véctơ Ior và Iox như hình 1. 15 dòng điện không tải chạy qua cuộn sơ cấp và gây ra trong cuộn sơ cấp sụt áp : U0r1 = Io.r1 Mặt khác dòng điện Io còn tạo ra từ thông tản Φox ,từ thông tản này tạo ra sức điện động Eox1 .Lấy dấu ngược lại của sức điện động Eox1 thì ta đước sụt áp Uox1 có nghĩa là U0x1 =- Eox1 vì sức điện động Eox1 chậm pha so với từ thông Φox một góc 90 0 kể từ dòng điện Io ,cũng như đã được biểu thị ở hình 1.16 Iox U1 E1 Φ Ior Io hình1.15 ΔU Hình 1.16 Uox1 -U1 Uor1 δo Io -Eox1=Uox1 -Eo1 Φox Eo1 Iox 90 α Φ Eox1 * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 15 3.chế độ có tải . Trường hợp khi có tải có thể là tải điện trở ,tải điện cảm ,tải điện dung hoặc tải hỗn hợp .Khi có tải thì cuộn sơ cấp và thứ cấp sẽ xuất hiện dòng điện tải và nó gây ra trong cuộn sơ cấp và thứ cấp của máy các sụt áp .Lúc này ở cuộn sơ cấp thì các sụt áp được cộng lại (tổng hình học ) cùng với sụt áp do dòng điện không tải tạo ra . Để tiện cho việc nghiên cứu đồ thị vectơ ta cần phải qui đổi các véctơ sức điện động và dòng điện thứ cấp về sơ cấp ,việc qui đổi các vec tơ sức điện động và dòng điện được thực hiện bằng cách nhân sức điện động thứ cấp với hệ số biến áp K ,còn dòng điện thứ cấp thì chia cho K : K.E2 = E’2 = E1 Và I’2 = K I 2 =I1 Điều này cho ta có thể khảo sát các vectơ sụt áp trong cùng một tỷ lệ .Trên hình 1.17 trình bày đồ thị vectơ của máy biến điện áp với trường hợp tải cảm . ở hình 1.16 véc tơ Uox1 sớm trước véc tơ Io một góc 900.Véc tơ Uor1 cùng chiều ,hướng với véc tơ Io .Từ hình vẽ ta thấy điện áp sơ cấp U1 cần được bù hết cho –E01 và cả 2 sụt áp Uor1 và Uox1 do đó ta có U1=-Eo1 +Uor1 + Uox1 -E01 U1 δ -E1 Uox1 Uor1 Ux1 Ur1 U’x2 U’r2 -U’2 -I’2 Io Φ I1 ΔU Hình 1.17 * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 16 Giải thích các véc tơ trong đồ thị : Uor1 , Uox1 là sụt áp tác dụng và phản kháng trong dây quấn sơ cấp do dòng điện không tải Io . Ur1 ,Ux1 là sụt áp tác dụng và phản kháng trong dây quấn sơ do dòng điện tải I1 U’r2 , U’x2 là sụt áp tác dụng và phản kháng trong dây quấn thứ cấp qui đổi về dây quấn sơ cấp . U1là điện áp sơ cấp -Eo1 sức điện động sơ cấp ngược chiều khi không tải -E1 là sức điện động sơ cấp ngược chiều khi có tải E’2là sức điện động thứ cấp khi có tải ,qui đổi về dây quấn sơ cấp . U’2điện áp thứ cấp qui đổi về sơ cấp . I1và I’2 dòng điện có tải sơ cấp và thứ cấp đã qui đổi về sơ cấp Io là dòng điện không tải ΔU là sai số điện áp δ là sai số góc Vì dòng điện tải thứ cấp I’2 gây ra ở cuộn thứ cấp sụt áp do điện trở và điện kháng U’r2 ,U’x2 của cuộn thứ cấp cho nên sức điện động thứ cấp E’2 ,ngoài điện áp thứ cấp U2 cần phải bù thêm các sụt áp đó .Từ đó suy ra điện áp thứ cấp trên các đầu ra của dây quấn thứ cấp sẽ nhỏ hơn sức điện động một lượng sụt áp . U’2 = E’2 + U’r2 + U’x2 Dòng điện sơ cấp khi có tải I1 cũng gây ra trong dây quấn sơ cấp sụt áp Ur1 và Ux1 .Các sụt áp này cộng với các sụt áp khi không tải Uor1 ,Uox1 và cần bù thêm bằng điện áp U1 . U1 = - E’2+ Uor1 +Uox1 + Ur1 + Ux1 4.sai số của máy biến điện áp Trên cơ sở đồ thị véc tơ có thể rút ra công thức tính sai số của BU. a.tính sai số ở chế độ không tải Sai số của điện áp khi không tải ΔUo có thể xác định bằng cách dùng đồ thị vectơ hình 1.9 Theo định nghĩa ở chế độ không tải thì : ΔUo = -Eo1 – U1 (4-0) do góc δ o (góc giữa véctơ U1 và Eo1 ) có giá trị nhỏ cho nên có thể coi véc tơ U1 bằng hình chiếu của nó trên trục tung .Khi đó ta tính được sai số điện áp biểu thị bằng % bằng : ΔU0 = -(Uor1 sinα + Uox1cosα ). (4-1) Trong đó : Uor1và Uox1 là sụt áp tác dụng và phản kháng ở cuộn sơ cấp . * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 17 α là góc từ trễ (góc giữa vectơ dòng điện không tải Io và thành phần phản kháng của nó ) dấu (- ) thể hiện sai số âm Trị số Uor1và Uox1 được phân tích như sau : Uor1 = Ur1 . 1I Io =Ur1. αsin.1I Ior = Ur1. αsin ori Uox1 = Ux1 . 1I I o =Ux1. αcos.1I Iox = Ux1. αcos oxi Trong đó : Ur1 và Ux1 là sụt áp do điện trở và điện kháng của cuộn sơ cấp khi tải định mức ior và iox là tỷ số giữa thành phần dòng điện tác dụng và dòng điện phản kháng của dòng điện không tải và dòng điện định mức Thay các giá trị Uor1 và Uox1 vào công thức (4-1) ta được : ΔU 0 = ( Ur1.ior + Ux1 .iox ) Sai số về góc ở chế độ không tải theo định nghĩa là góc δo giữa các vectơ U1 và -Eo1 .Vì giá trị của góc δo rất nhỏ cho nên ta có thể coi tgδ0 ≈δo Nếu sai số góc được biểu thị bằng phút thì tương tự như công thức cho sai số điện áp ,từ giản đồ vectơ ta rút ta công thức tính sai số góc δo = 100 3440 .(Uor1.cosα - Uox1 .sinα) =34,4 (Ur1 .iox –Ux1.ior) trong đó : hằng số 3440 = 360.60/2Π(phút /rad.) sai số về góc được coi là dương nếu vectơ -Eo1 sớm trước vectơ U1 như vậy ở trường hợp như vẽ ở hình 1.9 thì sai số góc là âm . b.tính toán sai số khi có tải . Sai số điện áp khi có tải ΔUH được xác định theo công thức sau: ΔUH =-(Unr cosϕ2 + Unx sinϕ2) (4-2) trong đó : Unr = Ur1 + Ur2; Unx = Ux1 + Ux 2 là các sụt áp tác dụng và các sụt áp phản kháng trong dây quấn sơ cấp và thứ cấp khi có tải . cosϕ2 là hệ số công suất của tải. Sai số về góc ở chế độ có tải là δH quá nhỏ cho nên người ta coi : tgδH ≈δH Trên cơ sở đồ thị vectơ hình 1.10 ta có : δH = 34,4 (Unr sinϕ2 – Unx cosϕ2 ) (4-3) Do đó sai số điện áp và sai số về góc toàn phần khi có tải được xác định bằng tổng sai số do dòng điện không tải và có tải gây ra : * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 18 ΔU = ΔUo + ΔUH và δ = δo + δH 5.hiệu chỉnh sai số của máy biến điện áp Sụt áp của BU có thể bù bằng cách hiệu chỉnh .Sự điều chỉnh điện áp ΔUk là sự cố ý thay đổi hệ số biến đổi về phía tăng điện áp thứ cấp ,được tính bằng % .Từ công thức (4-0) và (4-2) ta thấy sai số điện áp luôn âm .Ta đưa điện áp hiệu chỉnh dương ΔUk vào làm giảm giá trị tuyệt đối của của sai số điện áp . Sự hiệu chỉnh được thực hiện bằng cách sao cho ở chế độ không tải của máy biến điện áp có một chút sai số dương nằm trong giới hạn cho phép của cấp chính xác , có nghĩa là tăng một chút điện áp thứ cấp.Để làm điều này ta tăng số vòng dây của cuộn thứ cấp lên một lượng nào đó .Nhưng trong thực tế người ta thường giảm số vòng dây của cuộn sơ cấp ,bởi vì như vậy sẽ tiết kiệm được dây dẫn và chính xác hơn. Việc hiệu chỉnh số vòng dây ΔW được xác định theo công thức : ΔW = W1. 100 kUΔ trong đó : W1 là số vòng dây của cuộn sơ cấp Với việc điều chỉnh sai số kiểu này thì cho phép ta tiết kiệm được các vật liệu .Sau khi hiệu chỉnh ta có sai số điện áp sẽ là : ΔU = ΔUk + ΔUo + ΔUH Ngoài việc hiệu chỉnh điện áp còn phải hiệu chỉnh sai số góc ,với máy biến điện áp một pha không thể thực hiện hiệu chỉnh góc 1.5 PHẠM VI ỨNG DỤNG CỦA MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP Các máy biến điện áp được sử dụng trong lưới điện xoay chiều khi điện áp cao hơn 400 V ,chúng ta cũng dùng để nối dụng cụ đo ( tần số kế, công tơ mét ,woats ke ,và các rơle điều khiển ,bảo vệ ) Dưới đây giới thiệu một số sơ đồ máy biến điện áp thông dụng nhất được sử dụng trên mạng điện . Trong mạng thứ cấp của máy biến điện áp có đấu cầu chì và các điện trở để hạn chế dòng sao cho những trường hợp sự cố không ảnh hưởng đến máy biến điện áp . Việc đấu máy biến điện áp vào mạng được tiến hành bằng cách dùng cầu dao cao áp .Cầu chì đặt trong mạch thứ cấp máy biến điện áp để bảo vệ ngắn mạch có thể xảy ra ,cầu dao ,điện trở trong các sơ đồ thì thường không được vẽ ra . Máy biến điện áp một pha hai dây quấn được dùng trong các thiết bị một pha hoặc ba pha .Khi dùng trong lưới ba pha thường đấu với điện áp dây của lưới ba pha như hình 1.1 * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 19 Một trong các đầu dây của dây quấn thứ cấp để bảo đảm an toàn khi vận hành phải được nối đất .Hai máy biến điện áp một pha được nối thành sơ đồ tam giác hở có thể dùng để đấu (w) ,công tơ ,hoặc các bộ điều khiển điện áp . Các máy biến điện áp một pha loại dây quấn kiểu 3HOM được chế tạo theo kiểu một cực tính nghĩa là chỉ có một đầu dây A của dây quấn sơ cấp cao áp có cách điện tương ứng với điện áp toàn phần . Sơ đồ nối dây của máy biến điện áp kiểu 3 HOM hình 1.18 Hình 1.18 Dây quấn sơ cấp của máy biến điện áp một pha được nối với lưới ,một đầu được nối với đất ,do đó được tính toán với điện áp một pha tức là điện áp dây chia cho 3 .tuy nhiên theo tiêu chuẩn các ,máy biến điện áp kiểu 3 HOM có điện áp định mức đến 35 kv phải chịu được điện áp dây ( ơ chế độ sự có không dưới 4 giờ ) Dây quấn thứ cấp phụ của máy biến điện áp được nối theo sơ đồ Δ hở dùng để đấu rơle bảo vệ tiếp đất .sơ đồ hình 1.19 aγ A X a x aγ xγ 0 xγ C B A a b c Hình 1.19 * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 20 Các máy biến điện áp ba pha ba trụ hai dây quấn kiểu HTMK có dây quấn sơ cấp được nối thành hinh sao (y) có dây quấn bù ,còn dây quấn thứ cấp cũng nối (y) và cố trung tính nối đât như hình 1.20 Hình 1.20 Máy biến điện áp ba pha ,dây quấn kiểu HTMV được chế tạo thành tổ máy biến điện áp nghĩa là gồm 3 máy biến điện áp một pha .các dây quấn sơ cấp và thứ cấp ,đ...áp chịu được sự cố ngắn mạch một pha nào đó của lưới điện ,lúc đó điện áp tăng 3 lần ,để dòng từ hoá không đạt đến trị số nguy hiểm thì tiết diện mạch từ cũng phải tăng 3 lần . S’t = 3 St = 3 .14,7 = 25,5 cm2 2.đường kính trụ mạch từ theo sách thiết kế máy biến áp của tác giả Phan Tử Thụ ta có )(3,6 14,3.821,0 5,25.4 . '.4 4 .' 2 cm K S dd K S ld t ld t ===→= π π trong đó: kld=kc.kd=0,851.0,965=0,828 kld là hê số lợi dụng của lõi sắt kc hệ số ép chặt ,tra được kc= 0.851 kd hệ số điền đầy ,tra được kd= 0.965 1. đường kính trung bình của rãnh dầu d21= a.d=1,3.6,3=8,2 cm chọn a= 1,3 4.chiều cao cuộn dây Từ công thức (2-30) sách thiết kế máy biến áp của tác giả Phan Tử Thụ ta có : * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 36 )(15,15 7,1 2,8.14,3.. 2121 cmdl l d ===→= β ππβ 2.2.TÍNH TOÁN DÂY QUẤN I.DÂY QUẤN HẠ ÁP 1.số vòng dây hạ áp theo sách thiết kế máy biến áp của tác giả Phan Tử Thụ ta có vong U Uw v dm 01,102 566,0.3 1002 2 ==== lấy w2 = 102 vòng trong đó : Uv =4,44.f.Bt.St.10-4 = 4,44.50.1.25,5=0,566 V là sức điện động của một vòng dây Bt là cường độ từ cảm trong trụ sắt ,chọn Bt=1T St =25,5 cm2 2. tính lại điện áp của một vòng dây vongv w U U dmv /566,0102.3 100 2 2 === trong đó : U2đm =100/ 3 V là điện áp định mức hạ áp W2 = 102 vòng là số vòng dây hạ áp 3.chọn mật độ dòng điện trong dây quấn hạ áp :Δ2=1A/mm2 4.tiết diện dây quấn hạ áp 2 2 2 2 6,21 6,2 mm I q dm ==Δ= trong đó : I2đm =2,6 A là dòng điện định mức thứ cấp Δ2 = 1 A/mm2 là mật độ dòng điện hạ áp 5.từ tiết diện dây quấn q2=2,6mm2 ta chọn dây quấn có kích thước :d2/d2’=1,81/1,905; q2’= 2,57 mm2 6.chọn kiểu dây quấn hạ áp là dây quấn hình ống nhiêu lớp dây tròn 7.mật độ dòng điện thực 2 2 2 2 /01,157,2 6,2 ' mmA q I dm ===Δ trong đó : I2đm =2,6A là dòng điện định mức thứ cấp q2’ =2,57 mm2 là tiết diện dây dẫn hạ áp 8.số vòng dây trong một lớp vong d lwl 46,751905,,1 10.15,151 ' 10. 2 3 2 2 =−=−= * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 37 lấy wl2=76 trong đó : l2 =15,15 cm là chiều cao cuộn quấn d2’ = 1,905 mm là đường kính kể cả cách điện của dây dẫn hạ áp 9.tính lại chiều cao dây quấn l=d2’.(wl2 +1) =1,905.77=147 mm = 14,7 cm trong đó : d2’ = 1,905 mm là đường kính ngoài của dây dẫn wl2 =76 vòng là số vòng dây thực của dây quấn hạ áp 10.số lớp của dây quấn )(34,1 76 102 2 2 2 lopw wn l === trong đó : w2 = 102 vòng là số vòng hạ áp wl2 = 76 vòng là số vòng dây của một lớp 11.chiều dày của dây quấn hạ áp a2 = n2 .d’2+ (n2-1).δl2 =2.1,905+ 0,1= 3,9 mm trong đó : δl2 là khoảng cách cách điện giữa hai lớp dây quấn hạ áp . chọn δl2=0.1mm 12.đường kính trong của dây quấn hạ áp D2’= Dt + 2 a02= 6,3 + 2.0,2 = 6,7 cm Trong đó: với Ut =85kv ta tra được : a21=1cm, lo=1cm , a11=2cm , với Ut= 5kv có ao2 =0,2cm 13.đường kính ngoài cuộn dây hạ áp D2’’ =D2’ + 2.a2 = 6,7 +2.0,39 = 7,48 cm Trong đó : D2’ = 6,7 cm là đường kính trong của dây quấn hạ áp a2 = 0,39 cm là chiều dày của dây quấn hạ áp 14.bề mặt làm nguội cuộn dây hạ áp Dây quấn hạ áp quấn trực tiếp lên ống cách điện và không có rãnh dầu thì có một mặt làm lạnh ,nên được tính theo công thức : M2 = k.Π. D2’’.l2 .10-4 = 1 .3,14.7,48.14,7.10-4=0,034m2 Trong đó : D2” = 7,48 cm là đường kính ngoài cuộn dây hạ áp l2 =14,7 cm là chiều cao cuộn quấn K=1 là hệ số tính đến bề mặt làm lạnh bị các chi tiết khác che khuất 15.Trọng lượng đồng của dây quấn hạ áp * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 38 kgqwDDtGcu 52,010.57,2.102.2 48,77,6.1.2810... 2 ..28 5522 2 '' 2 ' 2 =+=+= −− trong đó : D2’ =6,7 cm là đường kính trong của dây quấn hạ áp D2” = 7,48 cm là đường kính ngoài cuộn dây hạ áp w2 = 102 vòng là số vòng hạ áp q2’ = 2,57 mm2 là tiết diện dây dẫn hạ áp t = 1 là số trụ quấn dây hạ áp 16.tính lại đường kính rãnh dầu d21=Dt + 2a02 + 2a2 +a21=6,3 +2.0,2 +2.0,39 + 1 = 8,48 cm trong đó : Dt=6,3 cm là đường kính trụ sắt ao2 =0,2 cm là bề dầy cách điện giữa dây quấn và trụ sắt a2 = 0,39 cm là chiều dày của dây quấn hạ áp a21=1 cm là bề dầy rãnh dầu giữa dây quấn hạ áp và cao áp 17 .tính lại tỷ số kích thước cơ bản theo công thức (2-30)sách thiết kế máy biến áp của tác giả Phan Tử Thụ : 81,1 7,14 48,8.14,3. 21 === l dπβ trong đó : d21=8,48 cm là đường kính rãnh dầu l=l1= l2 =14,7 cm là chiều cao cuộn quấn II .DÂY CUỐN CAO ÁP 1. số vòng dây quấn cao áp vong U Uw v dm 35702 566,0.3 350001 1 === trong đó : U1đm =35000/ 3 V là điện áp đinh mức cao áp Uv = 0,566 V là điện áp của một vòng dây 2.sơ bộ chọn mật độ dòng diện Δ1=0,6 A/mm2 3.tiết diện dây quấn cao áp 2 1 1 1 0123,06,0 0074,0 mm I q dm ==Δ= trong đó : I1dm =0,0074A là dòng điện định mức cao áp Δ1 = 0,6 A/mm2 là mật độ dòng điện cao áp 4.chọn kiểu dây quấn cao áp là dây quấn hình ống nhiều lớp dây tròn 5.căn cứ vào q1=0,0123 mm2theo bảng VI.1 sách thiết kế máy biến áp của tác giả Nguyên Hồng Thanh và Trần Khánh Hà ta chon được dây dẫn có kích thước :d1/d1’= 0,13/0.152 , q1’= 0,01327 mm2 * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 39 6.mật độ dòng điện thực 2 1 1 1 /56,001327,0 0074.0 ' mmA q I ===Δ q1’ = 0,1327mm2 là tiết diện dây quấn cao áp I1dm =0,0074A là dòng điện định mức cao áp 7.số vòng dây của một lớp dây quấn vong d lwl 1,9671152,0 10.7,141 ' 10. 1 1 1 =−=−= trong đó : l1= l2 =14,7 cm là chiều cao cuộn quấn d1’ = 0,152 mm là đường kính kể cả cách điện của dây dẫn cao áp 8.điện áp giữa hai lớp dây quấn U12= 2.wl1.Uv= 2.967.0,566 =1094,6V Trong đó : wl1 = 967 là số vòng dây quấn của một lớp dây quấn cao áp Uv = 0,566 V là điện áp của một vòng dây 9.với U12= 1094,6 V tra bảng 26 theo sách thiết kế máy biến áp của tác giả Phan Tử Thụ ta có thẻ xác định được bề dày cách điện giữa hai lớp là vải thuỷ tinh . δl1=3.0,12=0,36 mm 10.mỗi bên trụ ta quấn một nửa số vòng dây W’1 = W’’1= vong W 17851 2 35702 2 1 == 11.số lớp dây quấn ở mỗi trụ n1 = lopW W l 46,18 967 17851' 1 1 == mỗi trụ phải quấn tới lớp thứ 19 12.đường kính trong của dây quấn cao áp phía có dây quấn hạ áp D21’= D2’’ + 2.a21 = 7,48 +2.1 = 9,48cm Trong đó : D2” = 7,48 cm là đường kính ngoài cuộn dây hạ áp a21=1 cm là bề dầy rãnh dầu giữa dây quấn hạ áp và cao áp 13.bề dầy của dây quấn cao áp ở mỗi trụ lớp đầu tiên của dây quấn cao áp được tăng cường cách điện lớn hơn khoảng 10% so với dây chính a1 = d1’.n1 + δl1.(n1 - 1) + 0,1.d’1= 0,152.19 + 0,36.18 + 0,1.0,152 = 9,4 mm = 0,94 cm trong đó : d1’ = 0,152 mm là đường kính kể cả cách điện của dây dẫn cao áp n1 = 19 là số lớp dây quấn cao áp ở mỗi trụ * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 40 δl1 = 0,36 mm là bề dầy cách điện giữa hai lớp dây quấn cao áp 14. đường kính ngoài của dây quấn cao áp bên trụ có dây quấn hạ áp D21”=D21’ +2a1 = 9,48 + 2.0,94= 11,36 cm Trong đó : D21’ = 9,48 cm là đường kính trong của dây quấn cao áp phía có dây quấn hạ áp a1 = 0,94cm là bề dầy của dây quấn cao áp ở mỗi trụ 15.cách điện giữa dây quấn cao áp va trụ bằng ống giấy bakelit dầy 1cm 16.đường kính trong của dây quấn cao áp bên trụ không có dây quấn hạ áp D1’= Dt + 2 a01 = 6,3 + 2.1= 8,3 cm Trong đó : Dt= 8,3 cm là đường kính trụ sắt ao1 =1cm là bề dầy cách điện giữa trụ và dây quấn cao áp 17.đường kính ngoài của dây quấn cao áp bên trụ không có dây quấn hạ áp D1”= D1’+ 2.a1= 8,3 + 2.0,94 = 10,18cm Trong đó : D1’= 8,3 cm là đường kính trong của dây quấn cao áp phía không có dây quấn hạ áp a1= 0,94 cm là bề dầy dây quấn cao áp ở mỗi trụ 18.khoảng cách giữa hai trụ cma DDC 77,122 2 36,1118,10 2 "" 11 211 =++=++= trong đó : D1’’= 10,18 cm là đường kính ngoài của dây quấn cao áp bên trụ không có dây quấn hạ áp D21’’= 11,36 cm là đường kính ngoài của dây quấn cao áp bên trụ có dây quấn hạ áp a11= 2cm là khoảng cách giữa hai cuộn dây cao áp c l a1 a2 ao2 a11 ao2 a’1 a21 * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 41 19.bề mặt làm lạnh của dây quấn cao áp ở cả hai trụ M1=k.Π.(D1”+D21”)l.10-4= 1.3,14.(10,18+ 11,36).14,7.10-4 =0,0994 m2 Trong đó : D1’’= 10,18 cm là đường kính ngoài của dây quấn cao áp bên trụ không có dây quấn hạ áp D21’’= 11,36 cm là đường kính ngoài của dây quấn cao áp bên trụ có dây quấn hạ áp K=1 là hệ số tính đến bề mặt làm lạnh bị các chi tiết khác che khuất 20.trọng lượng của dây quấn cao áp kg qwDDDDGcu 3,110.01327,0.17851.). 2 18,103,8. 2 36,1148,9(28 10..'). 2 ''' 2 "'(28 5 5 11 112121 1 =+++= =+++= − − trong đó : D21’ =9,48 cm là đường kính trong của dây quấn cao áp bên trụ có dây quấn hạ áp D21” = 11,36 cm là đường kính ngoài cuộn dây cao áp bên trụ có dây quấn hạ áp D1’= 8,3 cm là đường kính trong của dây quấn cao áp bên trụ không có dây quấn hạ áp D1’’= 10,18 cm là đường kính ngoài của dây quấn bên trụ không có dây quấn hạ áp W1’= W”1 = 17851 là số vòng dây cao áp bên mỗi trụ q1’ = 0,01327 mm2 là tiết diện dây dẫn cao áp 21.trọng lượng đồng của cả máy biến điện áp Gcu= Gcu1+Gcu2 = 1,3 + 0,52 = 1,82 kg * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 42 III. TÍNH TOÁN CUỐI CÙNG VỀ HỆ THỐNG MẠCH TỪ Ta chọn kết cấu lõi thép kiểu một pha 2 trụ ,lá thép ghép xen kẽ làm bằng tôn cán lạnh 3404 dày 0,35mm ,có 4 mối nối thẳng ở 4 góc .máy có công suất nhỏ và trụ có đường kính Dt <0,22 m nên dùng mêm gỗ suốt và giấy bakêlit giữa ống giấy bakêlit với trụ . Từ đường kính trụ Dt = 6,3 cm, ta chọn tiết diện trụ có 3 bậc và kích thước các lá thép như hình vẽ . 1.chiều rộng của các bậc thang trong trụ : chiều rộng của bậc một là : a1=0,905.Dt = 0,905.6,3 = 5,7 cm chiều rộng của bậc hai là : a2= 0,707.Dt = 0,707.6,3 = 4,45 cm chiều rộng của bậc ba là : a3= 0,424.Dt = 0,424.6,3 = 2,67 cm 2.chiều dày các bậcthang trong trụ : chiều dày bậc một: b1 = cm a 34,1 2 67,2 2 3 == chiều dày bậc hai : b2 = cm aa 89,0 2 67,245,4 2 32 =−=− chiều dày bậc ba : b3 = cm aa 625,0 2 45,47,5 2 21 =−=− 3.tiết diện tổng các bậc thang trong trụ b3 b1 Dt a3=0,424Dt a2=0,707Dt 45mm a1=0,905Dt Dt b2 * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 43 Sbt= 2∑ at.bt =2.( 5,7.1,34 + 4,45.0,89 + 2,67.0,625 )= 26,5 cm2 2.tiết diện tác dụng của trụ St= kd.Sbt =0,965 .26,5= 25,6 cm2 Trong dó :kd là hệ số ép chặt ,theo bảng 10 sách thiết kế máy biến áp của tác giả Phan Tử Thụ ,với lá tôn chịu nhiệt được phủ sơn cách điện ta có kd=0,965 3.tiết diện tổng của gông Sbg=kG .Sbt=1,15.26,5 = 30,5 cm2 Trong đó : chon kG=1,15 4.tiết diện tác dụng của gông Sg=kd.Sbg=0,965.30,5 = 29,4 cm2 Trong đó : kc=0,965 5.bề dày gông bg= 2.(1,34 + 0,89 + 0,625)= 5,71 cm 6.chiều cao gông cm b s h g bg g 15,571,5 4,29 === trong đó : Sbg=29,4 cm2 là tiết diện tác dụng của gông bg= 5,71 cm là bề dầy gông 7.số lá thép trong các bậc thang của trụ bậc một : )(74 35,0 965,0.4,1321 lan == bậc hai : )(48 35,0 965,0.9,822 lan == bậc ba : )(34 35,0 965,0.25,6 1 lan == tổng số lá tôn trong trụ : Nt = n1+ n2 + n3 =74 + 48 + 34 =156 lá 7.số lá thép trong gông Ng =Nt =156 lá 8.chiều cao trụ sắt lt= l+(lo’+lo”)=14,7 + 2.1 = 16,7 cm trong đó : lo= lo’ =lo” = 1cm,là khoảng cách cách điện từ dây quấn tới gông. l =14,7 cm là chiều cao cuộn dây 9.trọng lượng sắt một góc mạch từ Go = St.hg .γ.10-6 = 25,6.5,15.7650.10-6= 1 kg Trong đó : St =25,6 cm2 là tiết diện tác dụng của trụ * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 44 hg = 5,15 cm là chiều cao gông γ= 7560 kg/m3 là tỷ trọng thép 10.trọng lượng sắt gông :gôm hai phần Phần thẳng nằm giữa hai trụ : Gg=2.C.Sg.γ.=2.12,77.29,4.7650.10-6= 5,74kg Trong đó : C=12,77 cm là khoảng cách giữa hai trụ Sg =29,4 cm2 là tiết diện tác dụng của gông γ= 7650 kg/m3 là tỷ của trọng thép Phần gông ở các góc G’’g=4 21.2.22 0 0 === GG kg Trong đó : Go = 1 kg là khối lượng góc mạch từ Gg = G’g+G’’g =5,74+2=7,74kg 11.trọng lượng sắt trụ : gồm hai phần Trọng lượng sắt ứng với chiều cao cửa sổ mạch từ G’t= 2.St.lt.γ.=2.25,6.16,7.7650.10-6=6,54 kg Trong đó : St =25,6 cm2 là tiết diện tác dụng của trụ lt= 16,7 cm chiều cao trụ sắt γ= 7650 kg/m3 là tỷ của trọng thép với tiết diện gông hình chữ nhật ,trọng lượng sắt của phần trụ nối với gôngG’’t=0 do đó Gt =G’t=6,54kg 12.trọng lượng sắt toàn bộ trụ và gông GFe=Gt+Gg= 6,54 + 7,74= 14,28 kg * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 45 IV. TÍNH TOÁN CÁC THAM SỐ NGẮN MẠCH A.TỔN HAO NGẮN MẠCH 1.tổn hao đồng bên cao áp . pcu1= 2,4.Δ 12.Gcu1 = 2,4.0,62.1,3=1,12 W trong đó : Δ1 = 0,6 A/mm2 là mật độ dòng điện cao áp Gcu1 = 1,3 kg là trọng lượng đồng dây quấn cao áp 2.tổn hao đồng bên hạ áp pcu2= 2,4.Δ 22.Gcu2 = 2,4.12.0,52 =1,25 W trong đó : Δ2 = 1A/mm2 là mật độ dòng điện hạ áp Gcu2 = 0,52 kg là trọng lượng đồng dây quấn hạ áp 3.tổng tổn hao đồng pn = pcu1+pcu2=1,12 + 1,25=2,37 w B.ĐIỆN ÁP NGẮN MẠCH 1.thành phần điện áp ngắn mạch tác dụng %58,1 150.10 10.37,2 .10 3 === S pU na trong đó : pn = 2,37 W là tổng tổn hao đồng S=150VA là công suất máy biến điện áp 2.thành phần điện áp ngắn mạch phản kháng %55,0 566,0 10.93,0.76,1.81,1.10.150.50.9,710.......9,7 2 33 2 3 === −−− v rr nx U kaSfU β trong đó : f =50 hz là tần số dòng điện S=150VA là công suất máy biến điện áp cmaaaar 76,13 39,094,0.21 3 21 21 =++=++= β=1,81 kr = 94,07,14.14,3 39,094,0.211 . .2 1 2121 =++−=Π ++− l aaa 3.điện áp ngắn mạch %67,155,058,1 2222 =+=+= nxnrn UUU * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 46 V.TÍNH TỔN HAO KHÔNG TẢI VÀ DÒNG ĐIỆN KHÔNG TẢI a.tính tổn hao không tải Tổn hao không tải trong BU gồm có :tổn hao trong lá thép silic ,tổn hao đồng trong dây quấn do dòng điện không tải ix gây ra . Tổn hao đồng lúc không tải ở dây quấn sơ cấp rất nhỏ có thể bỏ qua ,do đó chỉ xét đến tổn hao trong lá thép silic. Tổn hao không tải gồm hai phần : tổn hao trong trụ sắt và tổn hao trong gông từ : P0 = kf (pt .Gt + pg.Gg) (W) Trong đó : -kf là hệ số tổn hao phụ xét đến các yếu tố như Bt và Bg phân bố không đều hoặc do công nghệ chế tạo lõi thép bị bavia, hay xếp không cùng chiều ....làm P0 tăng lên. - pt, pg là suất tổn hao của trụ và gông ,tức là tổn hao của 1kg thép silic trong trụ và gông (W/kg) Đối với thép cán lạnh tổn hao sắt còn phụ thuộc vào các góc nối giữa trụ và gông của lõi thép . Vì vậy cần phải nhân thêm các hệ số tổn hao ,trong tính toán sơ bộ tổn hao không tải đối với lõi thép có kết cấu mạch từ phẳng ,có thể dùng công thức sau : ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ ++−++= 2 . )2(.) 2 .(.0 opo oggpf po ottpf Gk GNGpk k GGpkP (W) trong đó : -kpf là hệ số tổn hao phụ chung -kpo là hệ số gia tăng tổn hao góc nối 1.từ cảm trong trụ T Sf UB t v t 16,25.50.44,4 10.566,0 ..44,4 4 === trong đó : Uv= 0,566 V là điện áp một vòng dây f =50 hz là tần số dòng điện St =25,6 cm2 là tiết diện tác dụng của trụ 2.từ cảm trong gông T Sf UB g v g 87,04,29.50.44,4 10.566,0 ..44,4 10. 44 === trong đó : Uv= 0,566 là điện áp một vòng dây f =50 hz là tần số dòng điện Sg=29,4 cm2 là tiết diện tác dụng của gông 3.tổn hao không tải * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 47 theo bảng 45 với tôn 3404 dày 0,35mm tra được các suất tổn hao tương ứng Bt =1 T; pt =0,475 W/kg ; Bg=0,87T; pg = 0,376 w/kg Trong tính toán sơ bộ có thể dùng công thức sau: Po = ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ ++−++ 2 . )2(.) 2 .(. opooggpf po ottpf Gk GNGpk k GGpk Trong đó : kpf =1,12 là hệ số xét các ảnh hưởng của các tổn hao phụ ,tra bảng 48 sách thiết kế máy biến áp điện lực của tác giả Phan Tử Thụ kpo =7,84 là hệ số tổn hao ở góc nối đối với số góc nối có mối nối thẳng của mạch từ phẳng ghép xen kẽ với mã hiệu tôn 3404,tra bảng 47 sách thiết kế máy biến áp điện lực của tác giả Phan Tử Thụ Gt = 6,54 kg Gg = 7,74 kg Go =1 kg N là số lượng góc nối của mạch từ cần phải tính đến ảnh hưởng của tổn hao sắt ,với máy biến điện áp một pha N=2. Thay số vào ta được : w p 8,8 ] 2 1.84,71)22(74,7.[376,0.12,1). 2 84,7154,6(475,0.12,10 = ++−++= b.dòng điện không tải Dòng điện không tải có thể chia làm hai thành phần : thành phần tác dụng và thành phần phản kháng . Thành phần tác dụng của dòng không tải là : )(0 A U PI f or = trong đó : P0 tính bằng W Uf là điện áp pha của dây quấn sơ cấp (V) Thường người ta không tính trị số có tên mà tính theo phần trăm so với dòng điện định mức . (%)100.100).:(100.% 00 S P U S U P I Ii fff or or === Thành phần phản kháng của dòng điện không tải là Iox ,việc tính toán nó có phần phức tạp hơn . Để tìm được I0x ta hãy tìm công suất phản kháng Q0 (hay còn gọi là công suất từ hoá )tương ứng sinh ra nó . Ta có thể xem công suất từ hoá gồm ba phần : Phần trong trụ sắt : * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 48 Q0t = qt .Gt (va) Trong đó : - qt suất từ hoá của trụ sắt tương ứng với từ cảm Bt (va/kg) - Gt là trọng lượng trụ sắt Phân trong gông từ : Qog = qg .Gg (va) Trong đó : - qg suất từ hoá của gông từ tương ứng với từ cảm Bg (va/kg) - Gg là trọng lượng gông từ Phần trong khe hở không khí : Qok = Σ nkqkSk Trong đó : -nk là số khe hở không khí trong lõi thép -qk là suất từ hoá trong khe hở không khí (va/m2) -Sk là diện tích bề mặt khe hở (m2) Vây công suất từ hoá toàn phần : Q0 = Q0t + Q0g + Q0k = qt .Gt + qg .Gg + Σ nkqkSk Cần chú ý rằng khi tính toán dòng điện không tải của máy biến áp làm bằng thép cán lạnh thông qua công suất từ hoá cũng giống như tính tổn hao không tải cần phải chú ý đến các hệ số tổn hao . Trong tính toán sơ bộ , có thể dùng công thức sau để tính công suất từ hóa . [ kkkif oo irig ogififo io ttififo Snqk GNG kk GqkkGkGqkkQ .." ])2(. 2 . .".'.) 2 .(".' ∑+ +−+++= trong đó : k’if =kib.kic k”if =kig.kie.kit kio =36 là hệ số gia tăng dòng điện không tải do công suất từ hóa tăng lên . kig hệ số làm tăng công suất từ hóa ở gông kir là hệ số kể đến ảnh hưởng do chiều rộng lá tôn ở các góc mạch từ 1.công suất phản kháng theo bảng 50 ta tìm được các suất từ hóa tương ứng với Bt = 1T thì qt=0,548 va/kg; qkt=1000 va/m2 với Bg =0,87T thì qg= 0,438 va/kg; qkg=543 va/m2 Trong tính toán sơ bộ có thể dùng công thức sau: * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 49 [ kkkif oo irig ogififo io ttififo Snqk GNG kk GqkkGkGqkkQ .." ])2(. 2 . .".'.) 2 .(".' ∑+ +−+++= trong đó : k’if =kib.kic =1,2 đối với mạch từ phẳng với tôn cán lạnh có ủ sau khi cắt dập k”if =kig.kie.kit =1,07.1,04= 1,11 kio =36 là hệ số gia tăng dòng điện không tải do công suất từ hóa tăng lên . kig = 1,0 hệ số làm tăng công suất từ hóa ở gông kir = 1,3 là hệ số kể đến ảnh hưởng do chiều rộng lá tôn ở các góc mạch từ Gt = 6,54 kg Gg = 7,74 kg Go =1 kg N là số lượng góc nối của mạch từ cần phải tính đến ảnh hưởng của tổn hao sắt ,với máy biến điện áp một pha N=2. Thay số vào ta được : [ ] va Qo 7,29543.10.4,29.21000.10.6,25.211,1 1.41. 2 3,174,7.438,0.11,1.2,1)1. 2 3654,6(548,0.11,1.2,1 44 =++ +⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ −+++= −− 2.các thành phần dòng điện không tải 059,0 150 8,8 === S Pi oor 198,0 150 7,29 === S Qi op VI .CÁC THAM SỐ CỦA MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 1.điện trở ngắn mạch của dây quấn các điện trở của dây quấn sơ cấp và thứ cấp được tính theo công thức (3- 56a) và (3-56b) trong sách Máy điện 1 của các tác giả :Vũ Gia Hanh ,Trần Khánh Hà ,Phan Tử Thụ ,Nguyễn Văn Sáu . a.điện trở của dây quấn sơ cấp : 2 1 11 751 10 ... −= s lwkr tbr ρ trong đó : kr =1,03 là hệ số kể đến tổn hao gây nên bởi từ trường tản ρ75 =1/47 là điện trở suất của đồng ở 750 ltb1 là chiều dài trung bình của một vòng dây sơ cấp . ltb1=Π. cmaDaD 9,302 )94,03,8()94,048,9(.14,3 2 )'()'( 11121 =+++=+++ * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 50 thay số vào ta được : )(22,1810. 01327,0 9,30.35702. 47 1.03,1 21 Ω== − kr b.điện trở của dây quấn thứ cấp : 2 2 22 752 10 ... −= s lwkr tbr ρ trong đó : kr =1,03 là hệ số kể đến tổn hao gây nên bởi từ trường tản ρ75 =1/47 là điện trở suất của đồng ở 750 ltb2 là chiều dài trung bình của một vòng dây thứ cấp . ltb1=Π.(D’2+a2) = 3,14.(6,7 + 0,39) = 22,26 cm. thay số vào ta được : Ω== − 194,010. 57,2 26,22.102. 47 1.03,1 22r c.điện trở ngắn mạch )(99,41194,0.) 102 35702(22,18.)( 22 2 2 1 1 Ω=+=+= krw wrrn 2.điện kháng ngắn mạch : a.điện kháng sơ cấp x1 = ω.L1 = 2Πf.L1 trong đó : L1 là điện cảm của cuộn dây sơ cấp được tính theo công thức H Daw l Daaw l L 78,8 10.3,8.14,3. 3 94,0)17851.( 7,14 14,3.4,010.48,9.14,3). 2 1 3 94,0()17851.( 7,14 14,3.4,0 10.'.. 3 .)'(..4,010.'.). 23 ()'(..4,0 8282 8 1 12 1 8 21 2112 11 = ++= ΠΠ+Π+Π= −− −− thay số vào ta được : x1 = 2.3,14.50.8,78 = 2757 Ω b.điện kháng thứ cấp : x2 = ω.L2 = 2Πf.L2 trong đó : L2 là điện cảm của cuộn dây sơ cấp được tính theo công thức H Daaw l L 4 828 2 212 22 10.18,1 10.7,6.14,3). 2 1 3 39,0()102.( 7,14 14,3.4,010'.). 23 (..4,0 − −− = +=Π+Π= thay số vào ta được x2 = 2.3,14.50.1,18.10-4 = 0,037 Ω * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 51 c.điện kháng ngắn mạch Ω=+=+= 7290037,0.) 102 35702(2757.)( 22 2 2 1 1 xw wxxn rt’ xt’ 2'i r− 0i r1i r x’2 U1 E1=E’2 -U’2 r1 x1 ro xo r’2 * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 52 CHƯƠNG III TÍNH TOÁN SAI SỐ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 3.1.tính toán sai số Máy biến điện áp được thiết kế ra phải giữ được cấp chính xác 1 trong giới hạn U1 = (0,8 ÷1,2)Uđm ,với công suất tải (0,25 ÷1)Stđm ,với cosϕ = 0,8 . I.với điện áp sơ cấp bằng 1,2 Uđm 1.Sau khi tính toán điện từ ở chươngII ta có : Gt = 6,54 kg Gg = 7,74 kg St =25,6 mm2 Sg = 29,4 mm2 Bt = 1 T Bg = 0,87 T Tổng sụt áp trên cuộn sơ cấp và thứ cấp %54,1100.3. 35000 10.99,41.10.74100 . 34 1 1 === − U rIU nnr %27,0100.3. 35000 7290.10.74100 . 4 1 1 === − U rIU xnx 2.Sụt áp trên cuộn sơ cấp là: Ur1 = %67,0100.3.35000 10.74.10.22,18. 43 1 11 == − U Ir %1,0100.3. 35000 10.74.2757. 4 1 11 1 === − U IxU x 3.tổn hao không tải và công suất phản kháng . Do U= 4,44.f.w.Bt .St có W= const và St = const nên khi U= 1,2Udm thì cảm ứng từ cũng tăng lên 1,2 lần nghĩa là Bt= 1,2.1=1,2T, Bg =1,2.0,87= 1,044T ta tính lại công suất không tải và công suất từ hóa a.tổn hao không tải theo bảng 45 với tôn 3404 dày 0,35mm tra được các suất tổn hao tương ứng Bt =1,2 T; pt =0,675 W/kg ; pkt =515w/m2 Bg=1,044T; pg = 0,522w/kg ; pkg = 382,4w/m2 Trong tính toán sơ bộ có thể dùng công thức sau: Po = ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ ++−++ 2 . )2(.) 2 .(. opooggpf po ottpf Gk GNGpk k GGpk * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 53 Trong đó : kpf =1,12 là hệ số xét các ảnh hưởng của các tổn hao phụ ,tra bảng 48 sách thiết kế máy biến áp điện lực của tác giả Phan Tử Thụ kpo =7,84 là hệ số tổn hao ở góc nối đối với số góc nối có mối nối thẳng của mạch từ phẳng ghép xen kẽ với mã hiệu tôn 3404,tra bảng 47 sách thiết kế máy biến áp điện lực của tác giả Phan Tử Thụ Gt = 6,54 kg Gg = 7,74 kg Go =1 kg N là số lượng góc nối của mạch từ cần phải tính đến ảnh hưởng của tổn hao sắt ,với máy biến điện áp một pha N=2. Thay số vào ta được : w p 38,12 ] 2 1.84,71)22(74,7.[522,0.12,1). 2 84,7154,6(675,0.12,10 = ++−++= b.công suất phản kháng theo bảng 50 ta tìm được các suất từ hóa tương ứng với Bt = 1,2T thì qt=0,752 va/kg; qkt =4000 va/m2 với Bg =1,044T thì qt= 0,596 va/kg; qkg =1660 va/m2 Trong tính toán sơ bộ có thể dùng công thức sau: [ kkkif oo irig ogififo io ttififo Snqk GNG kk GqkkGkGqkkQ .." ])2(. 2 . .".'.) 2 .(".' ∑+ +−+++= trong đó : k’if =kib.kic =1,2 đối với mạch từ phẳng với tôn cán lạnh có ủ sau khi cắt dập k”if =kig.kie.kit =1,07.1,04= 1,11 kio =36 là hệ số gia tăng dòng điện không tải do công suất từ hóa tăng lên . kig = 1,0 hệ số làm tăng công suất từ hóa ở gông kir = 1,3 là hệ số kể đến ảnh hưởng do chiều rộng lá tôn ở các góc mạch từ Gt = 6,54 kg Gg =7,74 kg Go =1 kg N là số lượng góc nối của mạch từ cần phải tính đến ảnh hưởng của tổn hao sắt ,với máy biến điện áp một pha N=2. Thay số vào ta được : * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 54 [ ] va Qo 63,611660.10.4,29.24000.10.6,25.211,1 1.41. 2 3,174,7.596,0.11,1.2,1)1. 2 3654,6(752,0.11,1.2,1 44 =++ +⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ −+++= −− 4.các thành phần dòng điện không tải 0688,0 150.2,1 38,12 .2,1 === S Pi oor 34,0 150.2,1 63,61 .2,1 === S Qi oox 5.sai số điện áp và sai số góc lúc không tải a.sai số điện áp ΔUo = -(Ur1.ior + Ux1.iox) = -( 0,67.0,0688 + 0,1.0,34) =-0,08 % trong đó : Ur1 = 0,67 % Ux1 =0,1% Ior=0,0688 iox = 0,34 b.sai số góc δo =34,4(Ur1.iox +Ux1.ior) =34,4(0,67.0,34 – 0,1.0,0688) = 7,6 phút 6. sai số điện áp và sai số góc lúc có tải a. sai số điện áp ta có công thức : ΔUH = -(Unr.cosϕ2 + Unx.sinϕ2) trong đó : Unr = 1,54 % Unx = 0,27 % cosϕ2 =0,8 sinϕ2 =0,6 thay số vào ta có : ΔUH = -(1,54.0,8 + 0,27.0,6) = -1,4 % b. sai số góc δH = 34,4(Unr.sinϕ2 – Unx.cosϕ2) = 34,4(1,54.0,6 – 0,27.0,8) =24,35 phút 7.tổng sai số khi không tải và khi có tải định mức a. tổng sai số điện áp ΔU= ΔUo + ΔUH =- 0,08 –1,4 = -1,48 % * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 55 b.tổng sai số góc δ = δo + δH = 7,6 +24,35 = 31,95 phút 8. sai số khi tải bằng 1/4 tải định mức sai số tỷ lệ thuận với tải nên sai số ở tải bằng 1/4 tải định mức được xác định như sau : a.sai số điện áp ΔU1/4 =ΔUo + 4 1 ΔUH = -0,08 - 4 1 .1,4 =- 0,43 % b.sai số góc δ1/4 = δo + 4 1 .δH = 7,6 + 4 1 .24,35 =13,7 phút II.với điện áp sơ cấp bằng Uđm 1. theo tính toán ở chương II ta có các số liệu sau : ior = 0,059 i0x = 0,2 Unr = 1,54 % Unx = 0,27 % 2.sai số điện áp và sai số góc lúc không tải a.sai số điện áp ΔUo = -(Ur1.ior + Ux1.iox) = -( 0,67.0,059 + 0,1.0,2) =- 0,06 % trong đó : Ur1 = 0,67 % Ux1 =0,1 % ior=0,059 iox = 0,2 b.sai số góc δo =34,4(Ur1.iox +Ux1.ior) =34,4(0,67.0,2 – 0,1.0,059) = 4,4 phút 3. sai số điện áp và sai số góc lúc có tải c. sai số điện áp ta có công thức : ΔUH = -(Unr.cosϕ2 + Unx.sinϕ2) trong đó : * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 56 Unr =1,54% Unx = 0,27% cosϕ2 =0,8 sinϕ2 =0,6 thay số vào ta có : ΔUH = -(1,54.0,8 + 0,27.0,6) = -1,4 % d. sai số góc δH = 34,4(Ur.sinϕ2 – Ux.cosϕ2) = 34,4(1,54.0,6 – 0,27.0,8) =24,35 phút 4.tổng sai số khi không tải và khi có tải định mức b. tổng sai số điện áp ΔU= ΔUo + ΔUH =- 0,06–1,6 = -1,46 % b.tổng sai số góc δ = δo + δH = 4,4 +24,35 = 28,85 phút 5. sai số khi tải bằng 1/4 tải định mức sai số tỷ lệ thuận với tải nên sai số ở tải bằng 1/4 tải định mức được xác định như sau : a.sai số điện áp ΔU1/4 =ΔUo + 4 1 ΔUH = -0,06 - 4 1 .1,4 =- 0,41 % b.sai số góc δ1/4 = δo + 4 1 .δH = 4,4 + 4 1 .24,35 =10,49 phút III.với điện áp sơ cấp bằng 0,8 Uđm 1.tổn hao không tải và công suất phản kháng . Do U= 4,44.f.w.Bt .St có W= const và St = const nên khi U= 0,8Udm thì cảm ứng từ cũng tăng lên 1,2 lần nghĩa là Bt= 0,8.1=0,8T, Bg = 0,8.0,87 = 0,696T ta tính lại công suất không tải và công suất từ hóa a.tổn hao không tải theo bảng 45 với tôn 3404 dày 0,35mm tra được các suất tổn hao tương ứng Bt =0,8 T; pt =0,32 W/kg ; pkt =215 w/m2 Bg=1,044T; pg = 0,254 w/kg ; pkg = 168,2 w/m2 Trong tính toán sơ bộ có thể dùng công thức sau: * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 57 Po = ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ ++−++ 2 . )2(.) 2 .(. opooggpf po ottpf Gk GNGpk k GGpk Trong đó : kpf =1,12 là hệ số xét các ảnh hưởng của các tổn hao phụ ,tra bảng 48 sách thiết kế máy biến áp điện lực của tác giả Phan Tử Thụ kpo =7,84 là hệ số tổn hao ở góc nối đối với số góc nối có mối nối thẳng của mạch từ phẳng ghép xen kẽ với mã hiệu tôn 3404,tra bảng 47 sách thiết kế máy biến áp điện lực của tác giả Phan Tử Thụ Gt = 6,54 kg Gg = 7,74 kg Go =1 kg N là số lượng góc nối của mạch từ cần phải tính đến ảnh hưởng của tổn hao sắt ,với máy biến điện áp một pha N=2. Thay số vào ta được : w p 93,5 ] 2 1.84,71)22(74,7.[254,0.12,1). 2 84,7154,6(32,0.12,10 = ++−++= b.công suất phản kháng theo bảng 50 ta tìm được các suất từ hóa tương ứng với Bt = 0,8T thì qt=0,375 va/kg; qkt =280 va/m2 với Bg =0,696 T thì qg= 0,303 va/kg; qkg =207,2 va/m2 Trong tính toán sơ bộ có thể dùng công thức sau: [ kkkif oo irig ogififo io ttififo Snqk GNG kk GqkkGkGqkkQ .." ])2(. 2 . .".'.) 2 .(".' ∑+ +−+++= trong đó : k’if =kib.kic =1,2 đối với mạch từ