Phân tích chọn phơng án Tính cách điện
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
H×nh 1 Tải của máy biến dòng đợc đấu vào cuộn thứ cấp W2 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
*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 sè.
-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 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
Với máy biến dòng kiểu thanh góp chia làm hai loại :
H×nh 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 :
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 tÇn sè 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:
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 w2 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 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 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 tÇng.
Nhợc điểm chính của biến dòng hai tầng là điện trở lớn ,dẫn đến sai số cao
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
Dòng điện sơ cấp Is 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.
Chọn Vật liệu từ
Ngời ta thờng chọn các lá tôn mỏng khoảng 0,1-0,35mm chứa hàm lợng silic (0,5-4,8%) ghép lại làm lõi Máy Biến Dòng chất lợng tôn silic ảnh hởng nhiều đến cấp chính xác của m.b.d Các loại tôn sillic để làm lõi máy biến dòng phải cã nh÷ng tÝnh chÊt sau:
1) Với cờng độ từ cảm nhỏ khoảng vài phần nghìn téla độ từ thẩm phải cao.Tính chất này cho phép có đợc sai số nhỏ và đặc biệt quan trọng đối với máy biến dòng đo lờng
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 đợc những đặc tính tốt mà tăng trọng lợng và kích thớc, giá thành cao thì cũng không phải phơng án tèi u. 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.
Tính toán điện từ
*Các thông số ban đầu :
3.Điện áp sơ cấp định mức Uđm=V.H.L110KV
4.Tải thứ cấp định mức S2đm=V.H.L15VA
Tổng trở phụ tải của mbd
I1đm dòng điện định mức cho trớc 300(A)
I2đm đại lợng tiêu chuẩn 5(A)
Số vòng dây thứ cấp xác định theo :
Với tôn kỹ thuật điện chất lợng tốt ta có thể chọn I1đm.W1 trong khoảng 600-900 Avòng.
Theo công thức trên suy ra W2=V.H.L2.300/5=V.H.L120(Vòng)
2.2 Xác định kích thớc lõi thép: theo công thức 1-3b sách máy điện 1 E2=V.H.L4,44.f.w2.m mà =V.H.LB.Q
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 R t R2 và XtX2
E2=2.5.0,6=6(V) -Chọn mật độ từ cảm B=V.H.L0,07568(T)
Thay số vào 2-2 ta đợc tiết diện lõi thép :
-Chiều dầy của lõi thép đợc tính theo công thức 7-5 sách khí cụ điện cao áp : b= 2.Q
Trong đó :b- chiều dầy lõi thép (mm)
(A-a )-chiều rộng của trụ lõi thép
Ke – hệ số ép chặt các lá tôn thờng lấy 0,8-0,85 Sơ bộ chọn a=V.H.L22 (cm)
A=V.H.L32 (cm) Suy ra chiÒu dÇy lâi thÐp b= 2.Q
0,85.10≈7(cm) -Kích thớc lõi thép m.b.d đợc biểu diễn trên hình vẽ :
2.3 ThiÕt kÕ d©y quÊn: chọn dây dẫn là dây dẫn đồng a)Dây quấn sơ cấp :
Do dây quấn sơ cấp có dòng điện và điện áp lớn nên dùng dây bẹt hoạc thanh dẫn
-Tiết diện dây sơ cấp : q=I j00
Trong đó mật độ dòng điện j chọn =V.H.L2A/mm.
Vậy dây quấn sơ cấp qồm hai vòng dây do các dây bẹt ghép lại có tiết diện
1 vòng dây S=V.H.L150mm 2 b)Dây quấn thứ cấp
Với dòng điện I=V.H.L5A chọn mật độ dòng điện j=V.H.L2A/mm 2
Tra bảng 7-5 trang 222 sách khí cụ điện cao áp chọn loại dây dẫn tròn q=V.H.L2,57mm 2
=V.H.L1,81mm cách điện 2=V.H.L0,4mm -cuộn thứ cấp quấn làm bốn lớp
Số vòng dây 1 lớp ƯW 11 =
2.4 Khoảng cách cách điện ,kích thớc 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 thớc a=V.H.L10mm b=V.H.L5mm
Tiết diện 1 sợi cha kể cách diện s=V.H.L50mm 2
Chiều dầy cách điện 2 phía của dây 2=V.H.L0,95mm
-Kích thớc dây sơ cấp khi chập 3 sợi : chọn cách điện quấn quanh 2 sợi là 0,2mm
Hình b) kích thớc dây quấn sơ cấp a=V.H.L10+2.0,95+0,2+0,2=V.H.L12,3 (mm) b=V.H.L0,95.6+5.3+0,4=V.H.L20,7 (mm)
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)
H×nh 14 Chiều dài chiếm chỗ trên mạch từ của cuộn sơ cấp là
Dây quấn sơ cấp đợc quấn quanh ống phíp có kích thớc:232510
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 đợc tính theo công thức
Trong đó 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=V.H.L60.2=V.H.L120cm=V.H.L1,2m Điện trỏ phần phần đầu nối :
150 =1 , 736 10 −4 ( Ω ) chiều dài trung bình dây quấn:
-Điện trở phần dây quấn trên mạch từ
2.6 kích thớc cuộn thứ cấp
Cuộn dây thứ cấp đợc cách ly với mạch từ bởi giấy cách điện và bìa cách điện có chiÒu dÇy 2mm.
Chọn cách điện lớp là 0,5(mm) bằng giấy cách điện
Dây dẫn =V.H.L1,81mm cách điện 2=V.H.L0,4mm -cuộn thứ cấp quấn làm bốn lớp
Số vòng dây 1 lớp là 30 vòng
-chiều cao cuộn dây tính sơ bộ
-Chọn cách điện ngoài cùng cuộn dây thứ cấp để bọc dây quấn là 5mm kÝch thíc a1=V.H.L70+2+2+4.2,01+3.0,5+5=V.H.L88,54mm b1=V.H.L50+2+2+4.2,01+3.0,5+5=V.H.L68,54mm chiều dài trung bình của dây quấn thứ cấp là l1=V.H.L2.(70+50)+2.(2+2)=V.H.L248 mm l2=V.H.L2.(74+50)+2.(2.2,01+3.0,5)=V.H.L259,04 mm l=V.H.L(l1+l2)/2=V.H.L253,52 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 )
H×nh 16 Trong đó: A, B, a, d là các kích thớc 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=V.H.L2 ,còn đối với cuộn dây thứ cấp bao bởi các chi tiết là vật liệu phi từ tính thì K=V.H.L1.
2.8) Trọng lợng sắt và đồng sử dụng a) khối lợng sắt khối lợng sắt tính bằng thể tích của sắt nhân với trọng lợng riêng của sắt
VFe :thể tích của khối sắt (dm 3 ). mFe :Trọng lợng riêng của sắt 7,85(kg/dm 3 ).
Khối lợng đồng dây quấn sơ cấp :
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 dÉn
Khối lợng đồng dây quấn thứ cấp
L chiều dài trung bình cuộn thứ cấp l1=V.H.L2.(70+50)+2.(2+2)=V.H.L248 mm l2=V.H.L2.(74+50)+2.(2.2,01+3.0,5)=V.H.L259,04 mm l=V.H.L(l1+l2)/2=V.H.L253,52 mm
MFe=V.H.L3,78.7,85=V.H.L29,673kg chiều dài cuộn dây thứ câp l=V.H.L120.25,352=V.H.L3042,24cm=V.H.L304,224dm.
Trọng lợng đồng dây quấn thứ cấp là:
Xác định sai số của Máy Biến Dòng
Tính toán sai số với dòng điện I 1 =I 1đm
Theo các số liệu đã tính toán ở trên Ta có:
Giả thiết phụ tải thứ cấp của máy biến dòng có cos=V.H.L0,8
Suy ra Rt=V.H.LZT.cos=V.H.L0,8.0,6=V.H.L0,48(Ω)
Theo công thức ta có :
véc tơ từ thông sớm pha hơn s.đ.đ E2 một góc 90 0 và theo công thức trang 41 sách máy điện 1 ta có φ= E 2
Với loại tôn M6T35 Tra đồ thị đờng cong từ hoá trang 547 hình 44-13 sách Thiết kế máy biến áp (Tác giả Phạm Văn Bình Và Lê Văn Doanh).
0,07−0,06 =2,6625(Avong/m) H=V.H.L0,026625Avòng/cm.Với H trên tra ở hình7-10 sách khí cụ điện cao áp tra ra góc tổn hao từ hoá =V.H.L12 0
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 đợc s.đ.đ E2 thoả mãn phơng trình :
góc lệch pha giữa s.đ.đ E2 và dòng điện I c)Dựng vectơ từ thông sớm hơn s.đ.đ E2 một gốc 90 0 d)Dựng IoW1 hợp với một góc =V.H.L12 0
H×nh 19 áp dụng định luât toàn dòng điện I0W1=V.H.LH.LTB.
Trong đó LTB là chiều dài trung bình của đờng sức từ
W1 =V.H.L2 số vòng dây sơ cấp
Từ đồ thị ta thấy rằng:
Sai số tính theo đơn vị % sẽ là : ΔII = |I 2 W 2 − I 1 W 1 |
Dấu trừ ở trớc biểu thức thể hiện m.b.d làm việc ở phụ tải trở cảm.
Vì góc thờng rất nhỏ (
