thiết kế máy biến dòng điện ngâm dầu tiêu chuẩn iec

Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy biến dòng điện Mục lục Lời nói đầu 3 Chơng I: Phân tích chọn phơng án Tính cách điện 4 I. Giới thiệu chung về máy biến dòng : 4 1> Phân loại máy biến dòng: 5 2) Giới thiệu một số máy Biến dòng: 7 2.1 Máy biến dòng khô: 7 2.2 Máy biến dòng điện ngâm dầu 35KV: 9 2.3 Máy Biến Dòng điện ngâm dầu 400KV: 9 2.4 Máy Biến dòng kiểu mới 10 II> Tính cách điện: 13 1) Yêu cầu cách điện: 13 2. Phóng điện trong điện môi lỏng (trong dầu biến áp) 14 3.Phóng điện trong điện môi rắn: 15 4.Vật liệu cách điện: 17 5)Tính khoảng cách cách điện giữa cuộn cao áp(sơ cấp) và hạ áp (thứ cấp): 18 CHƯƠNG II TíNH TOáN ĐIệN Từ 20 I.Chọn Vật liệu từ : 20 II.Tính toán điện từ : 22 2.1 Số vòng dây quấn : 22 2.2 Xác định kích thớc lõi thép: 22 2.3 Thiết kế dây quấn: 23 2.4 Khoảng cách cách điện ,kích thớc cuộn dây sơ cấp: 24 2.5 Điện trở cuộn sơ cấp : 26 2.6 kích thớc cuộn thứ cấp 26 2.7 điện kháng cuộn thứ cấp 27 2.8) Trọng lợng sắt và đồng sử dụng 28 Chơng III Xác định sai số của Máy Biến Dòng 30 1. Tính toán sai số với dòng điện I1=I1đm: 30 2.Sai số của Máy Biến Dòng ở dòng điện I1/I1đm=10% định mức : 33 3.Sai số của Máy Biến Dòng ở dòng điện I1/I1đm=20% định mức : 34 4.Sai số của Máy Biến Dòng ở dòng điện I1/I1đm=40% 36 5.Sai số của Máy Biến Dòng ở dòng điện I1/I1đm=60% 37 6.Sai số của Máy Biến Dòng ở dòng điện I1/I1đm=80% 39 7.Sai số của Máy Biến Dòng ở dòng điện I1/I1đm=120% 40 8.Các yếu tố ảnh hởng đến sai số của Máy Biến Dòng 42 9.Các biện pháp hiệu chỉnh sai số Máy Biến Dòng : 44 10.Hiệu chỉnh sai số Máy Biến Dòng : 46 11.Tính bội số cực đại của dòng điện thứ cấp : 47 12.Bội số 10%: 48 13.Điện áp khi hở mạch thứ cấp máy biến dòng 53 Chơng IV Tính Tổn hao và tính toán nhiệt 56 I tính tổn hao: 56 1.Tổn hao trong các chi tiết dẫn điện (tổn hao đồng) 56 2.Tổn hao sắt từ trong lõi thép : 56 3.Tổn Hao Trong các vật liệu cách điện 56 1 §å ¸n tèt nghiÖp thiÕt kÕ m¸y biÕn dßng ®iÖn II>TÝnh to¸n nhiÖt: 57 1.TÝnh ®é bÒn nhiÖt 57 2.TÝnh nhiÖt cuén d©y s¬ cÊp: 59 Ch¬ng V TÝnh vµ thiÕt kÕ KÕt cÊu 63 I>KÕt cÊu m¹ch tõ: 63 II>KÕt cÊu vá: 64 III>kÕt cÊu c¸c phÇn vÝt,gi¸ ®ì: 65 2 Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy biến dòng điện Lời nói đầu Trong truyền tải và sử dụng điện luôn yêu cầu phải có đo lờng và bảo vệ. Các khí cụ điện dùng trong đo lờng và bảo vệ rất đa dạng và phong phú, khí cụ điện cao áp chủ yếu dùng trong hệ thống điện lực nh các trạm biến áp. Máy biến dòng điện là một trong số các thiết bị này. Quyển đồ án thiết kế Máy Biến Dòng điện ngâm dầu tiêu chuẩn IEC đợc trình bầy gồm năm Chơng Chơng I : Phân tích chọn phơng án tính cách điện. Chơng II :Tính Toán điện từ. Chơng III: Xác định sai số máy biến dòng. Chơng IV: Tính tổn hao và tính toán nhiệt. Chơng V : Tính và thiết kế kết cấu. Do thời gian có hạn nên quyển đồ án tốt nghiệp không tránh đợc thiếu sót , em rất mong nhận đợc sự góp ý của thầy cô và các bạn. Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo T.S Bùi Tín Hữu đã tận tình hớng dẫn ,để hoàn thành quyển đồ án tốt nghiệp này. Hà Nội, tháng 5 năm 2005 Sinh Viên Thực Hiện 3 Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy biến dòng điện Ch ơng I: Phân tích chọn phơng án Tính cách điện I. Giới thiệu chung về máy biến dòng : 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 lờng và bảo vệ. Hình 1 Tải của máy biến dòng đợc đấu vào cuộn thứ cấp W 2 của mbd và một đầu đợc nối đất .Thứ tự đầu cuối của các cuộn dây đợc phân biệt đánh dấu . Các thông số cơ bản : -Điện áp định mức của lới 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 d trữ . -Hệ số biến đổi dm dm I I K 2 1 = . *Đặc điểm làm việc của máy biến dòng khác với máy biến áp : -Chế độ ngắn mạch là chế độ làm việc bình thờng 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 . 4 I 1 =1 I 2 W 2 Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy biến dòng điện 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 lờng +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 lờng 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 nh 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. 5 Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy biến dòng điện 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 6 Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy biến dòng điện 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 Mạch từ 1 đợc quấn dạng xuyến từ các lá tôn cán lạnh , đảm bảo dẫn từ tốt. Cuộn dây thứ cấp w 2 đợc 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 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 đợc đa vào đầu nối 1 và 2 . Còn dòng điện thứ cấp đợc lấy ra từ hai đầu H 1 và H 2 .Loại biến dòng nhiều vòng dây có sai số bé khi dòng điện sơ cấp bé . 7 Hình 3 Hình 4 §å ¸n tèt nghiÖp thiÕt kÕ m¸y biÕn dßng ®iÖn 8 Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy biến dòng điện 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 dới 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 TH-35 lắp ngoài trời đợc cho ở hình 5 Cuộn dây cao áp 1 có nhiều vòng ,có cách điện 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 đợc nạp đầy ,đảm bảo không có không khí và hơi nớc .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 đợc 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 Nhợc điểm chính của biến dòng hai tầng là điện trở lớn ,dẫn đến sai số cao 9 Hình 6 Hình 5 Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy biến dòng điện 2.4 Máy Biến dòng kiểu mới Ngoài loại biến dòng kinh điển làm việc Theo nguyên lý điện từ ngời ta còn chế tạo Máy biến dòng kiểu mới dùng cho các lới điện siêu cao áp ,nhằm giảm chi phí cách điện cho các biến dòng kinh điển. Các biến dòng kiểu mới đợc 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 bi2 9 bi Cáp Quang mức điện thế thấp mức điện thế cao Nguyên lý của máy biến dònh điện quang Dòng điện sơ cấp I s đợc biến đổi qua BI1 kinh điển ,đa qua bộ điều biến 1, chuyển thành đậi lợng 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 t- ơng 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 . Bớc sóng của tín hiệu quang khoảng 900mm đợc 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 lờng 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. 10 Hình 7 [...]... 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 12 Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy biến dòng điện II> Tính cách điện: 1) Yêu cầu cách điện: Trong thiết kế máy biến dòng yêu cầu phải đảm bảo cách điện -Giữa các... Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy biến dòng điện Chơng 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 đợc xác định theo tiêu chuẩn của nhà nớc.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... 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 Mức Điện thế cao Cáp quang Mức điện thế thấp Nguyên lý máy biến dòng từquang Faraday Hình 8 11 Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy biến dòng điện 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. .. cơ, điện, nhiệt của hệ thống cách điện. Trong môi trờng nhiệt đới vật liệu phải chịu nhiệt ,chịu ẩm tốt 13 Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy biến dòng điện -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 trờng cách điện trong máy biến dòng. .. năng phóng điện đều phải đặt màn chắn (ống cách điện ,tấm chắn cách điện phẳng hoạc vuông góc ) với số lợng từ hai trở lên Gông từ Lõi thép 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 16 Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy biến dòng điện 4.Vật liệu cách điện: a) Giấy cách điện: Bảng bên cho cho kết quả đo độ bền cách điện của giấy... 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 đợc sử dụng dới 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... 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... Lelecticita 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 21 Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy biến dòng điện 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... 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: R1 R2 X1 X2 I1 Rt U1 Xt Hình 18 Theo các số liệu đã tính toán ở trên Ta có: R2=0,2568() X2=0,195() Zt=0,6() Giả thiết phụ tải thứ cấp của máy biến dòng có cos=0,8 30 Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy biến dòng điện Suy ra Rt=ZT.cos=0,8.0,6=0,48()... lực hút dầu máy biến áp cao Trớc 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 cờng các đầu ra, đầu chuyển tiếp 5)Tính khoảng cách cách điện giữa cuộn cao áp(sơ cấp) và hạ áp (thứ cấp): U 1dm = 100 3 ( KV ) Tính khoảng cách cách điện phụ thuộc vào điện áp phóng điện Điện ấp . loại máy biến dòng: 5 2) Giới thiệu một số máy Biến dòng: 7 2.1 Máy biến dòng khô: 7 2.2 Máy biến dòng điện ngâm dầu 35KV: 9 2.3 Máy Biến Dòng điện ngâm dầu. án tốt nghiệp thiết kế máy biến dòng điện 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