Thiết kế Máy Biến Dòng điện ngâm dầu tiêu chuẩn IEC

: Xác định sai số máy biến dòng. Chương IV: Tính tổn hao và tính toán nhiệt. Chương V : Tính và thiết kế kết cấu. Do thời gian có hạn nên quyển đồ án tốt nghiệp không tránh được thiếu sót , em rất mong nhận được sự góp ý của thầy cô và các bạn. Chương I: Phân tích chọn phương án Tính cách điện I. Giới thiệu chung về máy biến dòng : I1=1 I2 W2 Máy biến dòng là thiết bị biến đổi dòng điện có trị số lớn và điện áp cao xuống dòng điện tiêu chuẩn 5A hoạc 1 A .Điện áp an toàn cho mạch đo lường và bảo vệ. Hình 1 Tải của máy biến dòng được đấu vào cuộn thứ cấp W2 của mbd và một đầu được nối đất .Thứ tự đầu cuối của các cuộn dây được phân biệt đánh dấu . Các thông số cơ bản : -Điện áp định mức của lưới điện quyết định cách điện phía sơ cấp và thứ cấp của máy biến dòng . -Dòng điện sơ cấp và thứ cấp định mức là dòng điện làm việc dài hạn ,theo phát nóng có dư trữ . -Hệ số biến đổi . *Đặc điểm làm việc của máy biến dòng khác với máy biến áp : -Chế độ ngắn mạch là chế độ làm việc bình thường của máy biến dòng. Còn máy biến áp là sự cố . -Khi làm việc cuộn dây thứ cấp của máy biến áp có thể để hở mạch còn cuộn dây thứ cấp của máy biến dòng thì không cho phép. Vì khi để hở mạch sẽ sinh ra điện thế nguy hiểm cho công nhân phục vụ và cách điện của máy biến dòng. -Từ cảm của máy biến dòng thay đổi còn từ cảm của máy biến áp là một hằng số. -Dòng điện chạy trong cuộn thứ cấp của máy biến dòng không phụ thuộc vào phụ tải mà chỉ phụ thuộc vào dòng điện sơ cấp ,còn của máy biến áp thì phụ thuộc hoàn toàn vào phụ tải . 1> Phân loại máy biến dòng: Có rất nhiều loại máy biến dòng Theo tác dụng máy biến dòng có thể chia ra các nhóm sau : +Máy biến dòng đo lường +Máy biến dòng cung cấp cho mạch bảo vệ (bảo vệ so lệch ,bảo vệ chạm đất ,bảo vệ thứ tự không vv..) +Máy biến dòng hỗn hợp (đo lường và bảo vệ ) +Máy biến dòng thí nghiệm (có nhiều hệ số biến đổivà cấp chính xác cao). +Máy biến dòng trung gian (để nối hai máy biến dòng có hệ số biến đổi khác nhau). Theo nơi đặt máy biến dòng có thể chia ra : + Máy biến dòng sử dụng trong nhà. + Máy biến dòng sử dụng ngoài trời. + Máy biến dòng đặt ở các nơi đặc biệt ,ví dụ như trên tầu thuỷ ,xe lửa điện vv. Theo số vòng dây của cuộn sơ cấp máy biến dòng có hai kiểu : + Kiểu thanh hoạc một vòng dây. + Kiểu nhiều vòng dây. Với máy biến dòng kiểu thanh góp chia làm hai loại : Hình 2 a) Máy biến dòng kiểu thanh góp cuộn dây sơ cấp là một thanh góp hoạc ống dài xuyên qua cửa sổ lõi . b) Máy biến dòng kiểu chữ U cuộn dây sơ cấp hình chữ U một nhánh xuyên qua cửa sổ lõi. c) Máy biến dòng kiểu sứ xuyên bản thân máy biến dòng không có cuộn dây sơ cấp mà chỉ có sẵn lỗ cho sứ xuyên và thanh góp xuyên qua trong khi lắp ráp tại trạm. -Máy biến dòng lắp ráp trong các thiết bị khác : Theo vật liệu cách điện giữa các cuộn dây máy biến dòng có thể chia ra : + Sứ cách điện +Bakelit +không khí và khí +Giấy ngâm dầu +Nhựa đúc Theo kết cấu máy biến dòng có thể chia ra các loại sau: +Máy biến dòng kiểu ống dây. +Máy biến dòng kiểu thanh góp. +Máy biến dòng kiểu bình. +Máy biến dòng kiểu số 8. +Máy biến dòng kiểu chữ U. +Máy biến dòng kiểu chữ C. Theo tần số chia ra : Máy biến dòng sử dụng tần số công nghiệp (50Hz) Máy biến dòng tần số biến thiên sử dụng trên tầu thuỷ Máy biến dòng tần số 499-800Hz vv.. 2) Giới thiệu một số máy Biến dòng: 2.1 Máy biến dòng khô: Máy Biến Dòng loại một vòng dây sơ cấp ,có cách điện rắn, điện áp 10KV Hình 3 Mạch từ 1 được quấn dạng xuyến từ các lá tôn cán lạnh , đảm bảo dẫn từ tốt. Cuộn dây thứ cấp w2 được quấn rải đều trên mạch từ. Đây là loại Máy Biến Dòng kép ,có hai mạch từ và hai cuộn dây thứ cấp ,chung cuộn dây sơ cấp là thanh dãn 4, xuyên qua hai mạch từ . Cách điện rắn bằng êpôxy đảm bảo cách điện giữa thanh cái và cuộn dây thứ cấp,đồng thời cố định khung lắp ráp 3. Loại biến dòng này có cấu tạo đơn giản ,chắc chắn ,dùng cho mạch có dòng sơ cấp lớn. Hình 4 Hình 4 là cấu tạo của m.b.d loại khô ,nhiều vòng dây sơ cấp .Mạch từ q ghép từ các lá thép kỹ thuật điện .Cuộn Dây thứ cấp 2 cách điện với cuộn dây sơ cấp nhiều vòng 1 bằng cách điện epôxy 4 .Dòng điện sơ cấp được đưa vào đầu nối ế1 và ế2. Còn dòng điện thứ cấp được lấy ra từ hai đầu H1và H2.Loại biến dòng nhiều vòng dây có sai số bé khi dòng điện sơ cấp bé . 2.2 Máy biến dòng điện ngâm dầu 35KV: Đối với loại Máy Biến Dòng cách điện khô chỉ dùng cho cấp điện áp thấp dưới 35KV và lắp đặt trong nhàVới điện áp từ 35KV trở lên và lắp đặt ngoài trời thì cách điện của Máy Biến Dòng là dầu biến áp .Kết cấu của m.b.d loại TfH-35 lắp ngoài trời được cho ở hình 5 Cuộn dây cao áp 1 có nhiều vòng ,có cách điện Hình 5 35KV so với đất ,nối với đầu vào 5 .Cuộn dây thứ cấp 2 cách điện với mạch từ 3 ,có một đầu nối đất . Cách điện giữa cuộn dây sơ cấp và thứ cấp 4 là giấy cách điện dầy 0,12mm ngâm trong dầu. Sứ cách điện 6 đảm bảo cách điện ngoài. Sau khi tẩm sấy chân không ,dầu được nạp đầy ,đảm bảo không có không khí và hơi nước .Với kết cấu kiểu này ,biến dòng đạt cấp điện áp 220KV. 2.3 Máy Biến Dòng điện ngâm dầu 400KV: Với cấp điện áp cao ,máy biến dòng được chế tạo kiểu nối tầng ,mỗi tầng chịu một phần điện áp. Hình 6 trình bầy hình dáng và kết cấu biến dòng 400KV,2 tầng. Cấu tạo 1-Vòng điện dung . 2 Mũ kim loại 3-ống chỉ mực dầu 4-Biến dòng thứ nhất 5-Cách điện ngoài 6-Dầu biến áp 7-Biến dòng thứ hai 8-Đế Nhược điểm chính của biến dòng hai tầng là điện trở lớn ,dẫn đến sai số cao Hình 6 2.4 Máy Biến dòng kiểu mới Ngoài loại biến dòng kinh điển làm việc Theo nguyên lý điện từ người ta còn chế tạo Máy biến dòng kiểu mới dùng cho các lưới điện siêu cao áp ,nhằm giảm chi phí cách điện cho các biến dòng kinh điển. Các biến dòng kiểu mới được chế tạo theo nguyên lý chuyển đổi điện quang và nguyên lý từ quang Faraday. a)Hình 7 trình bầy nguyên lý chuyển đổi điện quang Hình 7 Dòng điện sơ cấp Is được biến đổi qua BI1 kinh điển ,đưa qua bộ điều biến 1, chuyển thành đậi lượng điện áp tỷ lệ dạng xung rời có độ rộng xung thay đổi hoạc tần số tín hiệu xung thay đổi ,tỷ lệ với giá trị tức thời của dòng điện sơ cấp .qua bộ khuyếc đại 2 ,tín hiệu điều khiển diot phát quang 3 ,để phát tín hiệu quang tương ứng .Diot phát quang 3,cáp quang 5 và điot điện quang 4 hợp thành hệ thống ghép nối quang điện để truyền tín hiệu quang từ các phần tử có điện áp cao đến các phần tử có điện áp thấp . Bước sóng của tín hiệu quang khoảng 900mm được truyền qua cáp quang đến diot quang điện 4 để chuyển thành các tín hiệu điện áp hình sin . Tín hiệu qua bộ biến đổi 6,bộ lọc 7 và bọ khuyếc đậi 8 , đủ công suất cấp cho các thiết bị đo lường và bảo vệ .Biến dòng BI2 cùng với thiết bị phụ 9 nạp điện cho bộ acqui nuôi hệ thống biến dòng điện quang. b) hình 8 trình bầy Nguyên lý của biến dòng chuyển đổi từ quang Faraday. Một chùm sáng được phát ra từ nguồn sáng 1 phía điện áp thấp ,được cáp quang dẫn đến bộ phân cực 2,chùm sáng sau khi được phân cực qua lăng kính L1 để tới tinh thể thạch anh 3A,tại đó dưới tác dụng của từ trường do dòng điện sơ cấp sinh ra ,chùm sáng sẽ bị phân cực với góc quay là: d=V.H.L Trong đó v hằng số Vợdet,với tinh thể thạch anh ,V=5,23.10-6 rad/A.m H cường độ từ trường trong tinh thể thạch anh ,a; L-chiều dài tinh thể ,m Sau khi qua thạch anh và lăng kính L2,chùm sáng qua thạch anh 3B đặt ở phía điện áp thấp .Từ trường trong tinh thể thạch anh 3b được tạo nên bởi dòng điện thứ cấp IT.Hướng của từ trường được chọn sao cho bù lại được góc quay phân cực để cho Isws=ITwT.Kết quả là góc quay d1 được bù lại góc quay d2=-d1 trong thạch anh 3B.Mức ánh sáng nhận được của các bộ phận cảm biến quang 5a và 5B giống nhau nên tín hiệu của bộ khuyếc đại vi sai bằng không .khi mặt phẳng phân cực bị quay ,mức ánh sáng nhận đựơc của các bộ cảm biến 5a và 5B sẽ là khác nhau làm tín hiệu đầu vào của bộ khuyếc đại visai và sinh ra dòng điện It ở đầu ra ,phản ánh đúng dòng. sơ cấp Is. Hình 8 Theo yêu cầu thiết kế -máy biến dòng hoạt động ở tần số công nghiệp 50Hz. -Vật liệu cách điện là giấy gâm trong dầu máy biến dòng làm mát bằng dầu -các chỉ tiêu : điện áp sơ cấp Uđm=110KV dòng điện sơ cấp Iđm=300A dòng điện thứ cấp I2=5(A) độ chính xác theo tiêu chuẩn IEC-185 cấp chính xác 5P +số vòng dây sơ cấp :loại 1 vòng dây hoạc nhiều vòng dây -Với loại 1 vòng dây yêu cầu độ chính xác không cao -độ chính xác cao ,sai số nhỏ chọn máy biến dòng cuộn sơ cấp nhiều vòng dây (Khi thiết kế máy biến dòng kiểu nhiều vòng dây sẽ cho sai số nhỏ nhưng trọng lượng đồng và giá thành máy biến dòng sẽ tăng ).Theo yêu cầu :dùng máy biến dòng ngâm dầu cho nên ta chọn máy biến dòng kiểu bình . Có thể thiết kế loại m.b.d 1 cấp hoạc hai cấp với loại hai cấp là có điện trở lớn dẫn đến sai số cao, Cho nên chọn loại 1 cấp. II> Tính cách điện: 1) Yêu cầu cách điện: Trong thiết kế máy biến dòng yêu cầu phải đảm bảo cách điện -Giữa các bộ phận mang điện và các bộ phận nối đất. -Giữa các bộ phận có điện thế khác nhau. Mức độ cách điện phải phù hợp với tiêu chuẩn nhà nước ,mức độ này đảm bảo khoảng cách cách điện cần thiết và kích thước của các chi tiết cách điện : +Nếu khoảng cách cách điện lớn quá dẫn tới lãng phí vật liệu cách điện cũng như vật liệu chế tạo máy ,dẫn tới giá thành sản xuất tăng . +Nếu khoảng cách cách điện nhỏ sẽ không đảm bảo an toàn cho máy (đảm bảo cho máy làm việc tốt trong khoảng từ 15-20 năm). *Yêu cầu vật liệu cách điện : -Phải có độ bền cao ,chịu tác dụng của lực cơ học tốt ,chịu nhiệt dẫn nhiệt lại ít thấm nước -Gia công dễ dàng . -phải chọn vật liệu cách điện dể đẩm bảo thời gian làm việc của máy 15-20 năm trong điều kiện làm việc bình thường .Đồng thời giá thành của máy không cao. -Việc chọn vật liệu cách điện trong máy điện só ý nghĩa quyết định tới tuổi thọ và độ tin cậy lúc vận hành của máy .Do vật liệu cách điện có nhiều chủng loại ,kỹ thuật chế tạo vật liệu cách điện ngày càng phát triển ,nên việc chọn kết cấu cách điện ngày càng khó khăn và thường phải chọn tổng hợp nhiều loại cách điện để thoả mãn nhu cầu về cách điện . Vật liệu cách điện thường dùng nhiều loại vật liệu liên hợp lại như mêca áp phiến ,chất phụ gia (giấy hay sợi thuỷ tinh ) và chất kết dính (sơn hay keo dán ). Đối với vật liệu cách điện không những yêu cầu có độ bền cao ,chế tạo dễ mà còn yêu cầu về tính năng điện : có độ cách điện cao , dò điện ít. Ngoài ra ra còn có yêu cầu về tính năng nhiệt : chiệu nhiệt tốt , dẫn nhiệt tốt và chịu ẩm tốt. Vật liệu cách điện dùng trong máy điện hợp thành một hệ thống cách điện. Việc tổ hợp các vật liệu cách điện, việc dùng sơn hay keo để gắn chặt chúng lại, ảnh hưởng giữa các chất cách điện với nhau, cách gia công và tình trạng bề mặt vật liệu vv..sẽ quyết định tính năng về cơ, điện, nhiệt của hệ thống cách điện.Trong môi trường nhiệt đới vật liệu phải chịu nhiệt ,chịu ẩm tốt. -Đối với máy biến dòng cách điện yêu cầu : +Giữa cuộn cao áp và cuộn hạ áp . +Giữa cuộn cao áp và mạch từ . +Giữa cuộn hạ áp và mạch từ . +Cách điện giữa đầu nối đất cuộn cao áp (sơ cấp ) với kết cấu vỏ máy biến dòng . Môi trường cách điện trong máy biến dòng ngâm dầu là dầu biến áp kết hợp với điện moi rắn (các tông cách điện ,bakelit,giấy vải cách điện).Điện môi rắn được sử dụng dưới các hình thức lớp bọc ,lớp cách điện và màn chắn . 2. Phóng điện trong điện môi lỏng (trong dầu biến áp) Dầu biến áp khi sạch có độ bề điện rất cao hàng trăm KV/cm. Tuy nhiên khi có tạp chất thì độ bền điện bị giảm sút rất nhanh và diễn biến của quá trình phóng điện chọc thủng khác hẳn so với chất lỏng sạch .Với dầu biến áp sạch cơ chế phóng điện cũng tương tự như chất khí ,các điện tử vốn có sẵn trong điện môi hoạc được giải thoát từ bề mặt điện cực dưới tác dụng của điện trường sẽ di chuyển và tích luỹ năng lượng .Sự va chạm của chúng với các phân tử chất lỏng sẽ gây ion hoá các phân tử chất lỏng và dẫn tới sự hình thành thác điện tử và tia lửa điện nối liền các bề mặt điện cực. Vì mật độ các phân tử ion trong chất lỏng rất lớn so với chất khí cho nên đoạn đường tự do của điện tử rất ngắn và do đó để gây ion hoá va chạm thì điện trường và điện áp tác dụng phải có trị số cao hơn nhiều so với số liệu phóng điện trong chất khí . Khi chất lỏng có chứa tạp chất như bọc khí ,ẩm ,sợi tơ ..phóng điện được giải thích bởi sự hình thành cầu nối dẫn điện giữa các điện cực. Xét trường hợp khi chất lỏng có chứa bọc khí giả thiết có hình cầu như hình vẽ:hình 9 Do hằng số điện môi của chất khí bé hơn so với các chất lỏng nên cường độ điện trường của bọc khí tăng cao dẫn đến quá trình ion hoá các phần tử khí Sự di chuyển của các điện tích khác dấu trong bọc khí do tác dụng của điện trường sẽ kéo theo sự biến dạng bọc khí từ hình cầu trở thành hình elíp..và sự liên kết giữa nhiều bọc khí elíp sẽ dẫn tới sự hình thành cầu dẫn điện nối giữa các điện cực. Khi tạp chất là ẩm (hạt nước ) hoạc sợi tơ cũng sẽ hình thành các cầu nối như trên khiến điện áp phóng điện chọc thủng giảm đi nhiều lần so với khi dầu sạch . Hình9 Độ bền điện của dầu biến áp sạch có thể đạt tới 20-25KV/mm nhưng chỉ cần một lượng nhỏ ẩm trong dầu vượt quá giới hạn 0,05% thì độ bền điện chỉ còn 4KV/mm tức là giảm 5 đến 6 lần . -ở điện áp xung độ bền điện hầu như không thay đổi cho dù là có tạp chất .Điều đó được giả thích bởi các cầu dẫn điện không kịp hình thành trong khoảng thời gian tác dụng của điện áp xung . -Sự biến thiên của điện áp chọc thủng hầu như không thay đổi theo nhiệt độ khi nhiệt độ Hình 10 khi t0 không quá 800C (đường 1) Khi dầu bị ẩm điện áp phóng điện chọc thủng biến thiên theo đường 2 và có giá trị cực đại ở nhiệt độ mà tại đó các hạt nước chuyển sang trạng thái hoà tan trong dầu. 3.Phóng điện trong điện môi rắn: Lớp bọc là lớp vật liệu cách điện tương đối mỏng (lớp sơn hoạc giấy bọc có chiều dầy không quá 1-2mm).Tác dụng chủ yếu của nó là hạn chế sự hình thành các cầu dẫn điện trong dầu .Theo kết quả thực nghiệm trong trường hợp gần đồng nhất ,do có lớp bọc nên điện áp phóng điện tần số công nhiệp của khe hở dầu có thể tăng 50% hoạc cao hơn . Lớp cách Là lớp cách điện khá dầy (hàng chục mm)quấn quanh dây dẫn .Nó làm giảm cường độ trường ở xung quanh cực nên được sử dụng ở những nơi điện trường không đồng nhất như dùng để bọc dây dây dẫn của cuộn dây . Màn chắn : Trong máy biến dòng thường chế tạo màn chắn bằng cactông cách điện ,bakêlít .Khi đặt trong trường không đồng nhất tác dụng của màn chắn cũng tương tự như trong khe hở không khí :đặt trong khu vực trường cực đại có thể làm tăng điện áp phóng điện tần số công nghiệp lên hai lần . Nhưng khi có màn chắn thì sự ion hoá ở khu vực có điện trường mạnh sẽ suất hiện sớm trước khi phóng điện , tình trạng này kéo dài sẽ không có lợi vì quá trình ion hoá kéo dài sẽ phân hoá dầu và phá huỷ màn chắn. Do đó biện pháp này chỉ dùng khi điện áp tác dụng trong thời gian ngắn như các loại quá điện áp nội bộ .. Trong trường đồng nhất ,màn chắn có tác dụng ngăn cản sự hình thành của cầu dẫn điện trong dầu .ở máy biến dòng 110KV do cường độ điện trường lớn nên kết cấu cách điện khá phức tạp .Hình bên dưới cho kết cấu cách điện chủ yếu của máy biến dòng 110KV. Trên tất cả các đường có khả năng phóng điện đều phải đặt màn chắn (ống cách điện ,tấm chắn cách điện phẳng hoạc vuông góc ) với số lượng từ hai trở lên . Hình 11 Kết cấu cách điện của máy biến dòng 110KV 1.Tấm chắn cách điện 2.Cuộn dây thứ cấp 3.ống cách điện 4. Cuộn Sơ cấp 4.Vật liệu cách điện: a) Giấy cách điện: Bảng bên cho cho kết quả đo độ bền cách điện của giấy theo FW.PEEKA Thí nghiệm ứng với dòng có tần số 50Hz Số tờ giấy 1 lớp độ dầy của giấy mm độ dầy của lớp mm Cường độ đánh thủng KV/mm ở 250C KV/mm ở 250C 1 1 1 4 4 4 0,064 0,127 0,254 0,064 0,127 0,254 0,064 0,127 0,254 0,256 0,508 1,016 9,3 8,7 7,9 8,7 7,5 6,6 9,3 7,9 7,3 8,3 6,7 6,2 Khi ngâm trong dầu ,hằng số điện môi của giấy dầu vào khoảng e=4-4,3 Ngoài ra còn dùng vải sơn ,độ bền cách điện cho ở bảng dưới : Số tờ giấy mỗi lớp Chiều dầy Cường độ đánh thủng KV/mm ở 250C KV/mm ở250C 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0,305 0,61 0,91 1,22 1,52 1,83 2,13 2,44 2,74 3,05 26,2 20,5 18,5 16,8 15,5 14,6 14 13,3 12,8 12,3 23,6 19,7 17,0 14,9 13,1 12,5 10,3 9,2 8,3 7,5 Ngoài ra người ta còn hay dùng bìa cách điện ,bề mặt có thể được làm nhẵn hay không nhẵn ,loại tấm có chiều dầy 0,3-15mm, loại cuộn có chiều dầy 0,1-1mm. Giấy cáp:Thường dùng của Nga ký hiệu K08,K12,K17 có chiều dày là 0,08; 0,12; 0,17. Trong Máy Biến Dòng dùng nhiều loại K12, loại này có độ bền cơ cao. Khi có chiều rộng 15mm ứng suất kéo ngang 15KG,ứng suất kéo dọc 7KG. Giấy cách điện có năng lực hút dầu máy biến áp cao. Trước khi ngâm dầu giấy K12 có độ bền cao áp là 9KV/mm ,Sau khi ngâm dầu là 16 KV/mm.Loại giấy này dùng để quấn bọc dây dẫn dùng làm dây quấn máy biến dòng, cách điện lớp ,bọc tăng cường các đầu ra, đầu chuyển tiếp. 5)Tính khoảng cách cách điện giữa cuộn cao áp(sơ cấp) và hạ áp (thứ cấp): Tính khoảng cách cách điện phụ thuộc vào điện áp phóng điện Điện ấp đánh thủng giữa các thanh trong dầu theo hình 1-16 trang 29 sách khí cụ điện cao áp với thì khoảng cách phóng điện là d=4cm Vậy để tính khoảng cách cách điện ta tra với được d’=5cm Theo sách thiết kế máy biến ấp Phạm Văn Bình Lê Văn Doanh hình 14-3 ta tra khoảng cách cách điện giữa dây quấn cao áp và hạ áp được d=7cm Theo hình 14-2 trang 97 sách thiết kế máy biến ấp Phạm Văn Bình Lê Văn Doanh khoảng cách cách điện theo Arnolda tra được Khoảng cách cách điện theo hướng trục d1=14cm Khoảng cách cách diện theo hướng kính d2=9cm Khoảng cách cách điện theo bảng 14-1 mmtrang 98 Điện áp định mức ,KV A B 6,3 10 15 20 8,5 10 12,5 15 15 17,5 22,5 27,5 65 M0 50 120 M 35 70 110 M0 85 200 M 60 125 160 M0 125 290 M 95 220 220 M0 200 450 M 120 360 M0- không có vành guốc cách điện m-có vành guốc cách điện Theo bảng trên ta chọn loại có vành quốc cách điện lấy a=b=7cm Tổng hợp lại lấy khoảng cách cách điện giữa cuộn cao áp và hạ áp 8,5cm lấy khoảng cách điện giữa cuộn cao áp và mạch từ 9cm Giữa cuộn cao áp và hạ áp và giữa cuộn cao áp và gông đặt các bìa cách điện ,để làm tăng khả năng cách điện ở đây ta dùng 2 vành guốc .,đặt 2 ống cách điện bakelit(đặt các vật lót đệm bằng gỗ ,căn cài ,căn dọc). CHƯƠNG II TíNH TOáN ĐIệN Từ I.Chọn Vật liệu từ : Người ta thường chọn các lá tôn mỏng khoảng 0,1-0,35mm chứa hàm lượng silic (0,5-4,8%) ghép lại làm lõi Máy Biến Dòng .chất lượng tôn silic ảnh hưởng nhiều đến cấp chính xác của m.b.d. Các loại tôn sillic để làm lõi máy biến dòng phải có những tính chất sau: Với cường độ từ cảm nhỏ khoảng vài phần nghìn téla độ từ thẩm phải cao.Tính chất này cho phép có được sai số nhỏ và đặc biệt quan trọng đối với máy biến dòng đo lường . 2) Để đảm bảo cho máy biến dòng bảo vệ có bội số 10% lớn yêu cầu độ bão hoà cao. 3) Độ từ thẩm cao và không đổi trong khoảng thời gian rộng. 5) Tổn hao suất trong tôn nhỏ. Ngoài ra còn phải thoả mãn tính kinh tế .Nếu có được những đặc tính tốt mà tăng trọng lượng và kích thước, giá thành cao thì cũng không phải phương án tối ưu. Đối với yêu cầu về máy biến dòng lọai này chọn loại tôn M6T35,hãng terni societa per L’industria et L’electicita theo sáng chế của hãng Armco, dầy 0,35 mm cách điện bằng Carlite. Có các đồ thị công suất từ hoá, tổn hao sắt từ. Trang 535-546 Sách thiết kế máy biến áp Phạm Văn Bình và Lê Văn Doanh biên soạn. II.Tính toán điện từ : *Các thông số ban đầu : 1.Dòng điện sơ cấp 300A 2.Dòng điện thứ cấp :5A 3.Điện áp sơ cấp định mức Uđm=110KV 4.Tải thứ cấp định mức S2đm=15VA 5.Cấp chính xác 5P Tổng trở phụ tải của mbd 2.1 Số vòng dây quấn : I1đm dòng điện định mức cho trước 300(A) I2đm đại lượng tiêu chuẩn 5(A) Số vòng dây thứ cấp xác định theo : I1đm.W1=I2đm.W2 Từ đây suy ra : (2-1) Với tôn kỹ thuật điện chất lượng tốt ta có thể chọn I1đm.W1 trong khoảng 600-900 Avòng. Vì vậy chọn W1=2(vòng ) Theo công thức trên suy ra W2=2.300/5=120(Vòng) 2.2 Xác định kích thước lõi thép: theo công thức 1-3b sách máy điện 1 E2=4,44.f.w2.fm mà f=B.Q ị(m2) (2-2) Trong đó Q- tiết diện lõi thép W2-Số vòng dây thứ cấp B –mật độ từ cảm (lấy trong khoảng 0,05-0,08T) E2-Sức điện động thứ cấp . Sức điện động thứ cấp bằng : Trong tính toán sơ bộ có thể lấy gần đúng RtằR2 và XtằX2 E2=2.5.0,6=6(V) -Chọn mật độ từ cảm B=0,07568(T) Thay số vào 2-2 ta được tiết diện lõi thép : -Chiều dầy của lõi thép được tính theo công thức 7-5 sách khí cụ điện cao áp : Trong đó :b- chiều dầy lõi thép (mm) (A-a )-chiều rộng của trụ lõi thép Ke – hệ số ép chặt các lá tôn thường lấy 0,8-0,85 Sơ bộ chọn a=22 (cm) A=32 (cm) Suy ra chiều dầy lõi thép -Kích thước lõi thép m.b.d được biểu diễn trên hình vẽ : Hình 12 2.3 Thiết kế dây quấn: chọn dây dẫn là dây dẫn đồng a)Dây quấn sơ cấp : 1,5cm 1cm Do dây quấn sơ cấp có dòng điện và điện áp lớn nên dùng dây bẹt hoạc thanh dẫn -Tiết diện dây sơ cấp : Trong đó mật độ dòng điện j chọn =2A/mm. Vậy dây quấn sơ cấp qồm hai vòng dây do các dây bẹt ghép lại có tiết diện 1 vòng dây S=150mm2. b)Dây quấn thứ cấp Với dòng điện I=5A chọn mật độ dòng điện j=2A/mm2 ị Tra bảng 7-5 trang 222 sách khí cụ điện cao áp chọn loại dây dẫn tròn q=2,57mm2. F=1,81mm cách điện 2d=0,4mm -cuộn thứ cấp quấn làm bốn lớp Số vòng dây 1 lớp 2.4 Khoảng cách cách điện ,kích thước cuộn dây sơ cấp: Dây dẫn hình chữ nhật gồm có 3 sợi chập Ta theo bảng trang 255 sách khí cụ điện cao áp 1 sợi có kích thước a=10mm b=5mm Tiết diện 1 sợi chưa kể cách diện s=50mm2 Chiều dầy cách điện 2 phía của dây 2d=0,95mm -Kích thước dây sơ cấp khi chập 3 sợi : chọn cách điện quấn quanh 2 sợi là 0,2mm . Hình a) kích thước 1 sợi Hình b) kích thước dây quấn sơ cấp . a=10+2.0,95+0,2+0,2=12,3 (mm) b=0,95.6+5.3+0,4=20,7 (mm) Hình 13 Cuộn dây có 2 vòng,.Quấn theo thứ tự Chọn cách điện giữa 2 vòng là 1mm -Quấn quanh cuộn sơ cấp một lớp cách điện dầy 18(mm) . Hình 14 Chiều dài chiếm chỗ trên mạch từ của cuộn sơ cấp là Dây quấn sơ cấp được quấn quanh ống phíp có kích thước:23´25´10 Hình 15 2.5 Điện trở cuộn sơ cấp : -Điện trở gồm hai phần phần đầu nối kể từ thanh dẫn dầu vào tới cuộn dây quấn Và phần trực tiếp quấn trên lõi từ . Điện trở phần đầu nối được tính theo công thức Trong đó r là điện trở suất của dây dẫn. S tiết điện của dây dẫn thứ cấp . L chiều dài phần đầu nối của dây dẫn thứ cấp . L=60.2=120cm=1,2m Điện trỏ phần phần đầu nối : chiều dài trung bình dây quấn: Ltb=2.[23+(2,07+18)/2+25+(2,07+18)/2]=136,14(cm ) -Điện trở phần dây quấn trên mạch từ R1=Rdn+Rmt=1,736.10-4+3,939.10-4=5,675.10-4(W) 2.6 kích thước cuộn thứ cấp Cuộn dây thứ cấp được cách ly với mạch từ bởi giấy cách điện và bìa cách điện có chiều dầy 2mm. Chọn cách điện lớp là 0,5(mm) bằng giấy cách điện Dây dẫn F=1,81mm cách điện 2d=0,4mm -cuộn thứ cấp quấn làm bốn lớp Số vòng dây 1 lớp là 30 vòng -chiều cao cuộn dây tính sơ bộ L=30.2,01=60,3mm -Chọn cách điện ngoài cùng cuộn dây thứ cấp để bọc dây quấn là 5mm kích thước a1=70+2+2+4.2,01+3.0,5+5=88,54mm b1=50+2+2+4.2,01+3.0,5+5=68,54mm chiều dài trung bình của dây quấn thứ cấp là l1=2.(70+50)+2.(2+2)=248 mm l2=2.(74+50)+2.(2.2,01+3.0,5)=259,04 mm l=(l1+l2)/2=253,52 mm Điện trở cuộn dây thứ cấp : 2.7 điện kháng cuộn thứ cấp điện kháng cuộn dây tính theo công thức sumec (theo sách khí cụ điện cao áp công thức 7-13 trang 226 ) A B a d Hình 16 Trong đó: A, B, a, d là các kích thước cuộn dây thứ cấp W2 số vòng dây cuộn thứ cấp K hệ số phụ thuộc kết cấu m.b.d ở những kết cấu mà cuộn dây thứ cấp bị tác động bởi các chi tiết là vật liệu từ tính (thép ,gang ) thì K=2 ,còn đối với cuộn dây thứ cấp bao bởi các chi tiết là vật liệu phi từ tính thì K=1. Trong đó A=79,52mm B=63,54mm D=60,3mm a=9,54mm X2=0,195(W). 2.8) Trọng lượng sắt và đồng sử dụng khối lượng sắt khối lượng sắt tính bằng thể tích của sắt nhân với trọng lượng riêng của sắt MFe =VFe.mFe Trong đó : VFe :thể tích của khối sắt (dm3). mFe :Trọng lượng riêng của sắt 7,85(kg/dm3). VFe=b.[A.B-a.b] (dm3) VFe=0,7.[3,2.3,2-2,2.2,2]=3,78dm3 ịMFe=3,78.7,85=29,673kg Hình17 Khối lượng đồng Khối lượng đồng dây quấn sơ cấp : MCU1=VCu1.mCu VCu1=SCu1.l Trong đó : SCu1 : Tiết diện dây quấn sơ cấp L chiều dài dây quấn sơ cấp gồm hai phần phần quấn trên mạch từ và phần thanh dẫn . L=60.2+50,07.2=220,14cm=22,024(dm) Vcu=150.10-4.22,024=0,33036(dm3) Suy ra Mcu=8,9.0,33036=2,94(Kg). Khối lượng đồng dây quấn thứ cấp L chiều dài trung bình cuộn thứ cấp l1=2.(70+50)+2.(2+2)=248 mm l2=2.(74+50)+2.(2.2,01+3.0,5)=259,04 mm l=(l1+l2)/2=253,52 mm chiều dài cuộn dây thứ câp l=120.25,352=3042,24cm=304,224dm. VCu2=SCu2.l=304,224.2,57.10-4=0,78(dm3). Trọng lượng đồng dây quấn thứ cấp là: MCU2=VCu2.mCu=0,78.8,9=6,675(Kg). Chương III Xác định sai số của Máy Biến Dòng Đối với Máy Biến Dòng cấp chính xác thể hiện mức độ sai số về dòng điện và góc là chỉ tiêu kỹ thuật quan trọng .Cấp chính xác này được xác định theo tiêu chuẩn của nhà nước.Đối với Máy Biến Dòng thiết kế theo yêu cầu cấp chính xác 5P Các giá trị giới hạn sai số cho phép. Đặc tuyến sai số của Máy Biến Dòng ứng với cấp chính xác của mình phải nằm trong vùng cho phép .Nếu một phần hoạc toàn bộ đặc tuyến nằm ngoài gới hạn quy định thì tiến hành hiệu chỉnh bằng cách thay đổi số vòng dây thứ cấp hoạc áp dụng biện pháp bù sai số. Bảng yêu cầu sai số: Sai số của máy biến dòng Các giá trị giới – hạn sai Sai số dòng điện % Sai số góc (‘) ±0,5 ±40 R1 R2’ X1 X2’ I1 U1 1. Tính toán sai số với dòng điện I1=I1đm: Rt’ Xt’ Hình 18 Theo các số liệu đã tính toán ở trên Ta có: R2=0,2568(W) X2=0,195(W) Zt=0,6(W) Giả thiết phụ tải thứ cấp của máy biến dòng có cosj=0,8 Suy ra Rt=ZT.cosj=0,8.0,6=0,48(W) XT=ZT.sinj=0,6.0,6=0,36(W) Theo công thức ta có : I2.R2+j.I2.Xt+I2.Rt=j.5.(0,195+0,36)+5.(0,2568+0,48)= 2,775j+3,684=5,2747éa f véc tơ từ thông sớm pha hơn s.đ.đ E2 một góc 900 và theo công thức trang 41 sách máy điện 1 ta có ị chọn W1=2 suy ra với F=50Hz Q=29,73cm2. Suy ra: Với loại tôn M6T35 Tra đồ thị đường cong từ hoá trang 547 hình 44-13 sách Thiết kế máy biến áp (Tác giả Phạm Văn Bình Và Lê Văn Doanh). B=0,07 H=2,75 Avòng/m B=0,6 H=2,5 Avòng /m Suy Ra:Khi B=0,0665 H=0,026625Avòng/cm.Với H trên tra ở hình7-10 sách khí cụ điện cao áp tra ra góc tổn hao từ hoá y=120. Dựng đồ thị vectơ của máy biến dòng: a)Từ điểm 0 dựng vectơ -I2W2 b)Cũng từ điểm 0 đặt vectơ điện áp trên mạch thứ cấp và cộng vectơ này ta được s.đ.đ E2 thoả mãn phương trình : E2=j.I2.X2+I2.r2+I2.Rđm+I2.Xđm a góc lệch pha giữa s.đ.đ E2 và dòng điện I c)Dựng vectơ từ thông F sớm hơn s.đ.đ E2 một gốc 900. d)Dựng IoW1 hợp với F một góc y=120. E2 f I0W1 I1W1 A B C a 900 d’ 90-y+a y I2.R2 I2.X2 IT.RT IT.XT Hình 19 áp dụng định luât toàn dòng điện I0W1=H.LTB. Trong đó LTB là chiều dài trung bình của đường sức từ LTB W1 =2 số vòng dây sơ cấp ịI0=0,026625.108/2=1,43775(A) Hình 20 Từ đồ thị ta thấy rằng: ẵI2W2-I1W1ẵ==I0W1.sin(y+a) Sai số tính theo đơn vị % sẽ là : Dấu trừ ở trước biểu thức thể hiện m.b.d làm việc ở phụ tải trở cảm. Vì góc d thường rất nhỏ (d<20) nên có thể lấy dằsin(d). Sai số góc xác định theo công thức: 2.Sai số của Máy Biến Dòng ở dòng điện I1/I1đm=10% định mức : I1/I1đm=10% suy ra I1=300.10/100=60(A) I2=I1/60=0,5(A) Với điện cảm và điện trở được tính như trên sai số máy biến dòng được tính toán : Rt= 0,48(W) R2=0,2568(W) Xt =0,36(W) X2=0,193(W) Theo công thức ta có : I2.R2+j.I2.Xt+I2.Rt=j.0,5.( 0,36+0,193)+0,5.( 0,48+0,2568)=0,4612é37 f véc tơ từ thông sớm pha hơn s.đ.đ E2 một góc 900 và theo công thức trang 41 sách máy điện 1 ta có ị Với Kích thước lõi thép đã chọn ở trên ta suy ra B Với B=0,0055817 tesla tra bảng đường cong từ hoá ta được H=0,0055Avong /cm Tra hình 7-10 đường cong góc tổn hao từ hoá ta được y=110 áp dụng định luât toàn dòng điện I0W1=H.LTB. Trong đó LTB là chiều dài trung bình của đường sức từ W1 =2 số vòng dây sơ cấp ịI0=0,0055.108/2=0,297(A) Từ đồ thị ta thấy rằng: ẵI2W2-I1W1ẵ==I0W1.sin(y+a) Sai số tính theo đơn vị % sẽ là : Dấu trừ ở trước biểu thức thể hiện m.b.d làm việc ở phụ tải trở cảm. Vì góc d thường rất nhỏ (d<20) nên có thể lấy dằsin(d). Sai số góc xác định theo công thức: 3.Sai số của Máy Biến Dòng ở dòng điện I1/I1đm=20% định mức : I1/I1đm=20% suy ra I1=300.20/100=60(A) I2=I1/60=1(A) Với điện cảm và điện trở được tính như trên sai số máy biến dòng được tính toán : Rt= 0,48(W) R2=0,2568(W) Xt =0,36(W) X2=0,193(W) Theo công thức ta có : I2.R2+j.I2.Xt+I2.Rt=j.1.( 0,36+0,193)+1.( 0,48+0,2568)= =0,555j+0,7368=0,9224é37 f véc tơ từ thông sớm pha hơn s.đ.đ E2 một góc 900 và theo công thức trang 41 sách máy điện 1 ta có ị Với Kích thước lõi thép đã chọn ở trên ta suy ra B Với B=0,01163 tesla tra bảng đường cong từ hoá ta được H=0,009Avong /cm Tra hình 7-10 đường cong góc tổn hao từ hoá ta được y=110 áp dụng định luât toàn dòng điện I0W1=H.LTB. Trong đó LTB là chiều dài trung bình của đường sức từ W1 =2 số vòng dây sơ cấp ịI0=0,009.108/2=0,486(A) Từ đồ thị ta thấy rằng: ẵI2W2-I1W1ẵ==I0W1.sin(y+a) Sai số tính theo đơn vị % sẽ là : Dấu trừ ở trước biểu thức thể hiện m.b.d làm việc ở phụ tải trở cảm. Vì góc d thường rất nhỏ (d<20) nên có thể lấy dằsin(d). Sai số góc xác định theo công thức: 4.Sai số của Máy Biến Dòng ở dòng điện I1/I1đm=40% I1/I1đm=40% suy ra I1=300.40/100=120(A) I2=I1/60=2(A) Với điện cảm và điện trở được tính như trên sai số máy biến dòng được tính toán : Rt= 0,48(W) R2=0,2568(W) Xt =0,36(W) X2=0,193(W) Theo công thức ta có : I2.R2+j.I2.Xt+I2.Rt=j.2.( 0,36+0,193)+2.( 0,48+0,1327)= =2(0,555j+0,763)=1,8454é370 f véc tơ từ thông sớm pha hơn s.đ.đ E2 một góc 900 và theo công thức trang 41 sách máy điện 1 ta có ị Với Kích thước lõi thép đã chọn ở trên ta suy ra B Với B=0,02327 tesla tra bảng đường cong từ hoá ta được H=0,014Avong /cm Tra hình 7-10 đường cong góc tổn hao từ hoá ta được y=11,50 áp dụng định luât toàn dòn._.