LOI MO DAU
Máy biến điện áp (BU) là một bộ phận rất quan trọng trong hệ thống điện
.Để vận hành hệ thống điện được an toàn ta cần phải đo lường và bảo vệ để
biết được các thông số của nó rồi từ đó có phương pháp điều chỉnh hợp
lý,cũng như tránh được thiệt hại khi có sự cố xẩy ra Việc thực hiện đo điện áp xoay chiều với điện áp cao thì 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 khơng an tồn 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 U,„„= 35/43 kv điện áp thứ cấp U;„„= 100/3 kv công suất định mức S„„„ = 150 VA cấp chính xác l với điện áp thay đổi (0,8 + 1,2)U„„ „phụ tải (0,25 + 1)S¿„ „ cosọ = 0,8 Toàn bộ đồ án gồm có 4 chương :
Chương [ :phân tích chọn phương án ,tính chọn cách điện Chương II : tính tóan điện từ máy biến điện áp
Chuong 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 !
Trang 2CHƯƠNG 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 100/43 V ,ở Anh và các nước ả rập là 100V ,ở mỹ 120 V Trên hình
HI.I trình bày sơ đồ đấu dây của BU mot 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 Cc B A la x OD ~~ A AKAKAT a nvr x?” —= Hinh 1.1
Đối với BU không yêu cầu độ bền nhiệt và độ bên 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 xdc sau :0,2; 0,5; 1; 3; va 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)U,,,,phu tai bang S= (0,25+1)S,,, v6i cose = 0,8
Trang 3Cấp chính xác Sai số lớn nhất điện áp {%} Góc [phút] 0,2 +0,2 +10 0,5 £0,5 +20 1 +1 +40 3 +3 Khong qui dinh
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 đã
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 NGUYEN LY LAM VIEC CUA MAY BIEN DIEN ÁP
ta xét sơ đồ nguyên lý của một máy biến điện áp một pha hai dây quấn như hình 1.1
Dây quấn sơ cấp có w, vòng dây và dây quấn thứ cấp
có w;vòng dây đều được quấn
trên cùng một lõi thép Khi đặt một điện áp xoay chiều u, vào dây quấn sơ cấp trong đó sẽ có dòng điện ¡, Trong lỗi
thép sẽ sinh ra từ thông OD
móc vòng với cả hai dây quấn
Hình 1.2
„cám ứng ra các suất điện động (s.đ.đ) e, và e; Dây quấn thứ cấp có s.đ.đ sẽ sinh ra dòng điện ¡„ đưa ra tải với điện áp là u,
Trang 4_aw®,, _ 211fn®,, E,= 1 J2 V2 =4,44 fiv,®,, 4 1 wD, 20 fiv, £0 Ps 4 a iy gy V2 V2
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 =
Dựa vào các biểu thức trên người ta định nghĩa tỷ số biến điện áp của BU như
Sau :
aa E, wy,
nếu không kể đến điện áp rơi trên các dây quấn thì có thể coi , „ g,:U, E,
do đó k được xem như tỷ số điện áp giữa hai dây quấn : EU, kate E, gq 2 1.3 PHAN LOAI VA CAC KIEU MAY BIEN DIEN AP 1.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
Trang 5
Il.cac kiéu may bién dién 4p
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 HOIT và 3HOII Là những khối đúc mà trong đó
dây quấn và mạch từ được nằm kín trong eboxy
HÌNH 1.3 GIGI THIEU KET CAU BU KHO KIEU HOC-3 1- gong tir 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 4
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 dâu
Thường được chế tạo với điện áp 35kv trở lên
Sở đĩ 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
Trang 6
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 sĩ 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 tảng
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 (1) va (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
ay-x„ ,một cuộn dùng cho đo lường ,một cuộn dùng cho bảo vệ Hai cuộn bù (CB,) và (CB,) dùng để phân bố điện áp đều trên hai cuộn cao áp khi mạch
thứ cấp có tải
Trang 7
M „| BH * * Il CB; CB, Uo HH a M * BH ay Us I 2 X xy — x Hinh 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
Trang 8IIL giéi thiéu 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 yạ-yạ có trung tính của sơ cấp và thứ cấp nối đất hình 1.6 Hình 1.6 c B A Pout ut] aS LÍ a b TY | c =
Sơ đồ tam giác hở gồm 2_may 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
Trang 9Quá 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 dế 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 tu 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 A
ở một vị trí phân áp nào đó phụ thuộc i
vào vị trí phân áp và tổng trở của phụ C¡ tải hình 1.8
Trong bộ phân áp kiểu tụ ,tổng trở a
của nguồn mang tính dung kháng hình CG
1.9 đấu nối tiếp vào mạch phân áp Zon Nếu tụ điện và cuộn điện kháng
không chứathành phần điện trở tác x dung thi vénguyén ly c6 thé bù hoàn X
toàn tổng trở nguồn và lấy ra công Hình 1.8
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 A ot thứ cấp bằng điện áp thứ cấp danh œ I I L định của BU ,chẳng han 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 Zot
x
Trang 10trên hình 1.10 trình bày sơ đồ nguyên lý của một máy biến điện áp kiểu này
Hình 1.10
Bộ phân áp gồm hai tụ C, và C; 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 A, x „nối tiếp qua cuộn kháng (P) cộng hưởng với trị số tụ điện
(C, + C,)và cuộn lọc cao tần đấu song song với tụ điện C, 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 dién áp sơ cấp U, được bộ tụ phân áp
+2 xé ;~ U 3 vở cẤ nhân án cà đất sào đần sào củ A A giảm xuống trị số K ,K, là tỷ số phân áp và đặt vào đầu vào của bộ tiền
khuéch dai 1
Trang 11
———T Dây dẫn 1c 5 Us 1 2 3 1 je esate ES _— LÌ | TỐ Hinh 1.11
Điện áp đầu ra của bộ tiền khuếch dai 1 sé 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 õ giữa hai sóng này theo hiệu ứng điện quang tuyến tính POCKELS:
6=K,,-E.L
trong đó :K„„ -là hệ số điện quang ,K„„ =8,2.10” rad/v.m đối với tỉnh 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
c= 1
“ oo foot eb 3 2
Hinh 1.12
Trang 12trường E,ty 1é véi dién áp cần đo Chùm ánh sáng từ nguồn sáng 3 được dua
qua bộ phân cực 4 để phân thành hai sóng quang lệch pha nhau một góc II/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 ö 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 ồ, 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 U, tỷ lệ với điện áp U,
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
Isai sé cia 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 : "1ã E, “Un
trong đó : U,,Uạ; là điện áp sơ cấp và thứ cấp E,, E, là sức điện động sơ cấp và thứ Cấp W, W, 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 U, vào dây quấn sơ cấp W, thì trong dây quấn sơ cấp cảm ứng một sức điện động E, ngược chiều với U, và do có dòng điện không tải sẽ xuất hiện xụt áp trên dây quấn sơ cấp Nếu bỏ qua xụt áp đó thì
Trang 13U¡E¡,Ð U œ Eìị
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 tap hơn như hình 1.15
ở trường hợp biến áp lý tưởng với chế
độ không tải thì trong cuộn sơ cấp có dòng điện I, = l đi qua ,và tạo nên từ
thơng ®,từ thơng 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 (l„) và thành phần phan khang (Ix) tao nén
sự tổn hao ở chế độ không tải Véc tơ dòng điện toàn phần I, là tổng hình học của hai véctơ I„ và Is‹ như hình 1
15 dòng điện không tải chạy qua
cuộn sơ cấp và gây ra trong cuộn sơ
cấp sụt áp :
Uo = Lt
Mặt khác dòng điện I, cn tao ra tir
thong tan ®u ,từ thông tản này tạo ra sức điện động Eøx¡ Lấy dấu ngược lại của sức điện động Eox: thì ta đước sụt
áp Usxi có nghĩa là Uoxi =- Esxi vì sức dién dong Eoxi cham pha so với từ
Trang 14ở hình 1.16 véc to Ucx1 s6m truéc véc to I, mot gdc 90° Véc to U,,, cùng chiều ,hướng với véc to [.Từ hình vẽ ta thấy điện áp sơ cấp U, cần được bù hết cho —Eạ, và cả 2 sụt áp U,„¡ và Usxi do đó ta có
U,=-E,, +U,,; + Uoxi 3.ché 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.E;=E',= E,
Và I,= 21,
Trang 15Giải thích các véc tơ trong đồ thị :
Uy , Uø« là sụt áp tác dụng và phản kháng trong dây quấn sơ cấp do
dòng điện không tải I,
U,¡ ,Us¡ là sụt áp tác dụng và phản kháng trong dây quấn sơ do dòng
điện tai I,
U’,,, U’x2 1a sut ap tac dung va phản kháng trong dây quấn thứ cấp
qui đổi về dây quấn sơ cấp
U,là điện áp sơ cấp
-E,„¡ sức điện động sơ cấp ngược chiều khi không tải -E, là sức điện động sơ cấp ngược chiêu khi có tải
E”;là sức điện động thứ cấp khi có tải ,qui đổi về dây quấn sơ cấp
Ư”;điện áp thứ cấp qui đổi về sơ cấp
I,và T; dòng điện có tải sơ cấp và thứ cấp đã qui đổi về sơ cấp 1, là dòng điện không tải
AU là sai số điện áp õ là sai số góc
Vì dòng điện tải thứ cấp Ú”; gây ra ở cuộn thứ cấp sụt áp do điện trở và điện kháng U”„; ,U”xz của cuộn thứ cấp cho nên sức điện động thứ cấp E”; „ngoài điện áp thứ cấp U; 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
Ứ,=E';+ „+ U?2
Dòng điện sơ cấp khi có tải l, cũng gây ra trong dây quấn sơ cấp sụt áp U,¡ và U.¡ Các sụt áp này cộng với các sụt áp khi không tải U,„ ,Uøxi và
cần bù thêm bằng điện áp U,
U, =-E’+ U,,, +Uox + U,, + Ua
orl > orl
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 AU,, có thể xác định bằng cách dùng
đồ thị vectơ hình 1.9
Theo định nghĩa ở chế độ không tải thì :
AU, = -E,, — U, (4-0)
do géc & , (g6c giita vécto U, va E,, ) c6 gid trị nhỏ cho nên có thể coi
véc tơ U, bằng hình chiếu của nó trên trục tung Khi đó ta tính được sai
số điện áp biểu thị bằng % bằng :
AU, = -(U „¡ sinơ + UoxicosG ) (4-1) Trong đó :
U„¡và Ue«¡ là sụt áp tác dụng và phản kháng ở cuộn sơ cấp
œ là góc từ trễ (góc giữa vectơ dòng điện không tải I, và thành phần phản kháng của nó )
Trang 16Tri s6 U,,;va Uox duoc phan tich nhu sau : 1, I, Lor Uo = Un " =U,, T si 1 ¡.SỈn # =Un- = sina 1, To _ lon Usa = Ux 7 =U, 7 1 |-COS@ =U, cosa Trong đó : U,, và U¡ là sụt áp do điện trở và điện kháng của cuộn sơ cấp khi tai định mức
i„ và io‹ 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 U,„¡ và Uøx: vào công thức (4-1) ta được
AUs=(U¿i„+ Uni vinx)
Sai s6 vé géc 6 ché do khOng tai theo dinh nghia 1a géc 6, gifta cdc vecto
U, và -E,, Vì giá trị của góc 8, rat nhỏ cho nên ta có thể coi
tgồy ~ổ,
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
3440
6, =——
100
=34,4 (U,, -iox —Un.i,,)
trong đó : hằng số 3440 = 360.60/2II(phút /rad.)
sai số về góc được coi là dương nếu vectơ -E„¡ sớm trước vectơ U, như vậy ở trường hợp như vẽ ở hình 1.9 thì sai số góc là âm
U,,;-cosa - Uoxi sina orl
b.tính toán sai số khi có tải
Sai số điện áp khi có tải AU;, được xác định theo công thức sau: AU, =-(U,, Cos, + Unx sing,) (4-2)
trong đó :
U,, = U,, + Uj; Unx = Uxi + Ux2 1a cdc sut ap tac dung va các sụt áp phản kháng trong dây quấn sơ cấp và thứ cấp khi có tải
coso; là hệ số công suất của tải
Sai số về góc ở chế độ có tải là ö„ quá nhỏ cho nên người ta coi : ted, +5,
Trên cơ sở đồ thị vectơ hình 1.10 ta có :
5, = 34,4 (U,, sing, — Un cos@,) — (4-3)
Trang 175.hiéu chinh sai s6 của máy biến điện áp
Sụt áp của BU có thể bù bằng cách hiệu chỉnh Sự điều chỉnh điện
áp AU, 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 AU, 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 AW được xác định theo công thức :
Aw = w, Au 100
trong đó :
W, 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 : AU = AU, + AU, + AU,
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 PHAM VI UNG DUNG CUA MAY BIEN DIEN AP
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.I
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
Trang 18Các 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 ) i i an DA) mm cm pm mm
Day quấn thứ cấp phụ của máy biến điện áp được a, heo sơ đồ A hở dùng để đấu rơle bảo vệ tiếp dat so đồ hình 1.19
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
Trang 19
0a: ee
-_
a b c
Hinh 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 ,được đấu hình (y) và có đưa đầu trung tính ra „dây quấn thứ cấp phụ được đấu hinh A hở như hinh HI.2I A B Cc 0 ay Xy Hinh1.21
Một trong những ứng dụng quan trọng của máy biến điện áp là kiểm tra cách điện của lưới như hình HI.19 và HI1.2I Trong lưới điện phân phối
cao áp tuỳ theo đặc điểm của trung tính được chia thành hai hệ thống :
1 có nối đất
Trang 20ở liên xô cũ „trung tính nối đất được dùng với lưới 110 kv va cao hon
„còn trung tính cách điện với đất được dùng với lưới có điện áp U<
35kv.Tuỳ theo chế độ của trung tính mà điện áp pha của dây quấn thứ cấp dùng cho bảo vệ phụ khi không tải sẽ khác nhau khi điện áp lưới làm việc định mức
Khi lưới làm việc bình thường điện áp trên các đầu ra a, ,x, như ở hình
1.22 bằng không khi đó rơle được nối với các đầu đó sẽ không tácđộng
hình 1.22
B b
oO a
Trong thực tế do mạch từ của ba pha không đối xứng và do có từ thông hài bậc cao „điện áp trên các đầu phụ a, ,x; khơng hồn tồn bằng khơng mà có một trị số nào đó Điện áp trên các đầu ra của tam giác hở chỉ bằng không khi điện áp ba pha hoàn toàn đối xứng và biến thiên hoàn
toàn hình sin Khi có một pha nào đó chạm đất ,điện áp trên các đầu phụ
a,, Xy sẽ tăng đến 100v có nghĩa là bằng điện áp làm cho rơle bảo vệ tác động,mà đã được tính cho bảo vệ
Quá trình xẩy ra ở máy biến điện áp khi tiếp đất một trong các pha đối
Trang 21ay
Hinh 1.23
Trong trường hop này trung tính được nối đất trực tiếp thì khi pha A
cham đất tức là điện áp pha này bằng 0 và điện áp trên cuộn dây bảo vệ
cũng bằng 0 tức là rơle không tác động ,vậy rõ ràng ở biểu đồ của tam
giác hở trên các đầu dây a, -x, xuất hiện điện áp bằng tỷ số hình học của
điện áp đang tác động B và C ,có nghĩa là bằng điện áp tam giác hở ,nó
được thể hiện ở biểu đồ vẽ ở hình 1.23 Vì điện áp của rơle bảo vệ bằng
điện áp pha của tam giác hở ,và bằng 100V thì điện áp pha của cuộn thứ
cấp phụ cần phải bằng 100V
b.trường hợp trung tính cách điện với đất
Khi chạm đất một pha nào đó thì sẽ xuất hiện sự thay đổi lớn về chế độ làm việc của máy biến điện áp vì lẽ đó mà máy biến điện áp kiểu này có kết cấu khác so với máy biến điện áp kiểu trung tính nối đất
Giả sử chạm đất pha A của lưới điện ,bởi vì pha A của BU bị ngắn mạch ,các pha B và C phải chịu toàn bộ điện áp dây và cảm ứng trên lõi
thép mạch từ các pha này sé tăng lên 43 lần Ngoài ra điểm trung tính 0
Trang 22Hinh 1.24
Góc giữa hai vectơ của hai pha b,c của tam giác hở sẽ bằng 120” thay vì 60” trước đó Từ đây chứng tở rằng điện áp ở đầu dây a, -xy khi xẩy ra
ngắn mạch pha A phải tăng lên 3.V3 (=3) lần Nhưng khi có việc tiếp
đất pha nào đó ,thì điện áp của rơle bảo sẽ bằng 100V thì nhất thiết điện áp pha của cuộn thứ cấp phụ khi đó phải bằng 100/-/3 thì tác động của rơle mới có hiệu quả
Rõ ràng rằng các máy biến điện áp được mắc vào lưới điện với trung
tính cách ly thì chúng cần phải chịu được chế độ chạm đất với thời gian
tương đối dài (không nhở hơn 4h) ,khi ấy cảm ứng sẽ tăng lên /3 lần
,tiết diện của lõi cũng phải tăng lên x3 lần
Qua phân tích ta thấy trường hợp khi trung tính của máy biến áp điện lực nối đất thì cuộn dây thứ cấp phụ của mỗi pha được tính cho 100v còn khi trung tính của máy biến áp điện lực không nối đất thì cuộn dây thứ cấp phụ của máy biến điện áp cần tính cho điện áp 100/3 v
1.6 SỬ DỤNG VẬT LIỆU TRONG VIỆC CHẾ TẠO
Quá trình phát triển máy biến điện áp nói riêng cũng như các máy điện „khí cụ điện nói chung liên quan chặt chẽ tới những tiến bộ trong việc sản
xuất các vật liệu dẫn điện ,dẫn từ ,vật liệu cách điện Điều đó đòi hỏi các ngành công nghiệp tương ứng phải sản xuất ra các vật liệu mới có tính năng ngày càng hoàn thiện hơn
Việc tìm kiếm một loại vật liệu mới là nhằm mục đích cải thiện các đặc tính của máy biến áp như giảm tổn hao năng lượng ,kích thước ,trọng lượng và tăng độ tin cậy của nó Khuynh hướng chung thường là thay những vật liệu rẻ và dễ kiếm hơn
Vật liệu dùng trong máy biến áp thường có ba loại sau :
-Vật liệu tác dụng dùng để dẫn điện như dây quấn ,dẫn từ như lõi thép
-Vật liệu cách điện dùng để cách điện các cuộn dây hay các bộ phận
khác như cactông cách điện ,sứ ,dầu may biến áp
-Vật liệu kết cấu dùng để giữ ,bảo vệ biến áp như xà ép ,bulông,vỏ máy
Việc thay đổi vật liệu sử dụng đôi khi làm thay đổi cả một quá trình
công nghệ quan trọng hay những kết cấu cơ bản của máy biến áp và điều đó liên quan chặt chẽ đến sự tiến bộ của quá trình công nghệ trong ngành chế tạo máy biến điện áp của một nước
Vớt liệu quan trọng trước tiên trong ngành chế tạo biến áp là tôn silic (hay còn gọi là thép lá kỹ thuật điện ).Trong nhiều năm trước đây lõi
thép máy biến áp dùng chủ yếu là tôn cán nóng dày 0,5mm và 0,35mm Chất lượng loại tôn này tuy đã được cải tiến nhưng nói chung suất tổn hao vẫn cao Khoảng từ những năm 50 trở lại đây đã xuất hiện tôn cán
lạnh là loại tôn có vị trí sắp xếp các tinh thể gần như không đổi và có tính
Trang 23dẫn từ định hướng Do đó suất tổn hao giảm nhỏ đến 2+ 2,5 lần so với
tôn cấn nóng Độ từ thẩm thay đổi rất ¡t theo thời gian Dùng tôn cán
lạnh cho phép tăng cường độ từ cảm trong lõi thép lên tới 1,6+1,65 T „trong khi đó tôn cán nóng chỉ đến 1,4 I,45T Cũng từ đó mà giảm được tổn hao trong máy ,giảm được trọng lượng và kích thước máy ,đặc biệt là rút bớt đáng kể chiều cao của máy biến áp ,rất thuận lợi cho việc chuyên chở Tôn cán lạnh tuy có đắt hơn ,nhưng do việc giảm được tổn hao và trọng lượng nên người ta tính ra rằng những máy biến áp được chế tạo
bằng loại tôn này trong vận hành kinh tế hơn so với máy biến áp làm
bằng tôn cán nóng
Cũng cần chú ý rằng sang dùng tôn cán lạnh đồng thời đòi hỏi phải thay đổi một cách cơ bản công nghệ chế tạo và kết cấu lỗi thép máy biến áp Thường sau khi tiến hành gia công cơ khí các lá thép như dập ,phay ,ép
suất tổn hao trong thép sẽ tăng lên ,do đó để đảm bảo phẩm chất từ
tính của lá thép gần như lúc đầu ,phải tiến hành ủ lại các lá thép Song chú ý là viẹc ủ lại không dùng cho các lá thép có cách điện bằng giấy
,chỉ dùng cho thép lá cách điện bằng sơn
Vật liệu tác dụng thứ hai là của máy biến áp là kim loại làm dây quấn Trong nhiều năm đồng vẫn là kim loại duy nhất dùng chế tạo dây quấn mà không có thay đổi gì Vì như ta đã biết đồng có điện trở suất nhở ,dẫn
điện tốt dẽ gia công (hàn ,quấn .) , đảm bảo độ bền cơ ,điện tốt Gần đây người ta đã dùng nhôm thay đồng làm dây quấn Nhôm có ưu điểm là nhẹ ,dẽ kiếm hơn ,dẻ hơn ,nhưng tất nhiên có nhược điểm là điện trở suất lớn hơn do đó dẫn điện kém hơn ,độ bền cơ cũng kém hơn và lại rất
khó khăn trong việc hàn nối Khi dùng nhôm thay đồng để bảo đảm được
một công suất tương đương thì thể tích nhôm tăng lên ,chi phí cho các
công việc về chế tạo dây quấn ,chi phi về vật liệu cáchiện điện ,sơn tẩm
tang lên Những chi phí đó tăng lên được bù lại bởi giá thành dây nhôm để hơn ,nên nói chung giá thành toàn bộ máy biến áp bằng dây nhôm và dây đồng thực tế không khác gì nhau bao nhiêu Dĩ nhiên dùng
dây nhôm sẽ tiết kiệm được đồng là kim loại quí hiếm
Về vật liệu cách điện thì phần lớn các máy biến áp đều dùng dây quấn
có cách điện bằng giấy cáp thuộc cách điện cấp A có nhiệt độ giới hạn
cho phép là +105 ° C với chiều dày cách điện cả hai phía là 0,45 +0,5 mm việc dùng dây dẫn có cấp cách điện cao hơn (E,B,F ) không có ý
nghĩa nhiều lắm vì nhiệt độ cho phép của dây quấn máy biến áp được quyết định không chỉ ở cấp cách điện của vật liệu cách điện mà còn ở cả nhiệt độ cho phép của dầu ngâm dây quấn Một loại cách điện hay dùng
bọc dây dẫn là men cách điện (êmay) Việc thay cách điện bọc từ giấy cáp sang tráng men không những làm cho lớp cách điện mỏng hơn ,độ
bền cơ điện tốt hơn mà còn có tác dụng giảm trọng lượng dây quấn lõi thép ,tuy rằng dây tráng men giá thành có đắt hơn Đối với máy biến áp
Trang 24thể chọn mật độ dòng điện dây dẫn cao hơn ,vì thế kích thước cuôn dây và do đó máy sẽ gọn hơn Song người ta cũng chỉ dùng đến cách điện cấp B mà ít khi dùng loại dây có cấp cách điện cao hơn nữa, vì lý do là nhiệt
độ cho phép càng cao mật độ dòng điện chọn càng lớn thì tổn hao ngắn mạch tăng lên làm cho hiệu suất của máy biến áp giảm xuống đáng kể Có thể dùng nó trong trường hợp yêu cầu về kết cấu gọn nhẹ là tối cần thiết ,như các thiết bị điện trong giao thông vận tải ,trong máy bay
1.6 CẤU TẠO MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP
BU gồm những bộ phận chính như sau: mạch từ ,dây quấn ,hệ thống làm lạnh và vở máy
1.Mạch từ
Mạch từ là mạch cho từ thông trong máy biến điện áp ,do đó thiết kế
nó cần phải làm sao cho đảm bảo được tổn hao sắt chính và phụ nhỏ
„dòng điện không tải nhỏ ,lượng tôn silic ít và hệ số điền đầy của lõi sắt
cao , mặt khác mạch từ là khung để quấn dây , giá đỡ dây dẫn ra .Hơn nữa ,lõi sắt còn cón có thể chịu những ứng lực cơ học lớn khi dây quấn bị
ngắn mạch Vì vậy yêu cầu thứ hai của lõi sắt là phải bền và ổn định về cơ khí để bảo đảm lúc nâng cẩu lõi an toàn cũng như chịu được những
ứng lực lúc máy biến điện áp bị ngắn mạch Tiết diện của lõi mạch từ được ghép từ các lá thép ép bằng xà ép ,tiết diện của chúng có thể là hình
chữ nhật và khi đó cuộn dây cũng có hình chữ nhật Tuy nhiên theo cách
này ta có thể đơn giản được việc chế tạo mạch từ nhưng việc chế tạo
cuộn dây gặp nhiều khó khăn và cũng tốn nhiều dây hơn
Các BU có điện áp lớn hơn 660V có cuộn dây với số vòng lớn ,dây
nhỏ thường sử dụng mạch từ có tiết diện dạng hình trụ ,hầu hết các BU
hiện nay được chế tạo với lõi sắt kiểu trụ
Tiết diện dạng bậc làm tăng sự điền đầy
không gian của thép bên trong cuôn dây hình trụ như hình 1.25 Ngoài ra với cuộn dây hình
trụ chiều dài các vòng dây sẽ ngắn hơn so với dạng hình chữ nhật
Số bậc thang trong trụ càng nhiều thì tiết diện trụ càng gần hình tròn ,nhưng số tập lá tôn càng
tăng ,nghĩa là số lượng các lá tôn có kích thước
khác nhau càng nhiều làm cho quá trình công hình1.25
nghệ chế tạo lắp ráp càng phức tạp
Trụ và gông cần phải được ép thành một bộ bảo đảm chắc chắn lúc
nâng cẩu lõi sắt cũng như có lực ngắn mạch ở dây quấn tác dụng lên
„đồng thời lại giảm được những dao động tự do hay những tiếng kêu „tiếng ù khi máy vận hành
Nhiều năm trước đây đối với tôn cán nóng để giảm bớt quá trình công
nghệ gông từ , Tiết diện gông không làm nhiều bậc mà có khuynh hướng làm đơn giản hơn hiệu chỉnh là hình chữ nhật ,hình chữ T thuận ,hình
Trang 25
chữ T ngược hoặc hình chữ thập Nhưng những tiết diện gông hình dáng
đó của chúng thật ra đều không hợp lý vì sự phân bố không đều từ cảm
giữa các trụ và gông trong cùng một tập lá thép Nguyên nhân là vì ,từ
thông trong trụ và gông bằng nhau nên tiết diện trụ và gông phải bằng nhau , do đó muốn làm tiết diện gông đơn giản (giả sử lấy tiết điện gông hình chữ nhật làm ví dụ ) thì rõ ràng tiết diện các tập lá thép ở gông càng nhỏ dần vào giữa so với các tập lá thép tương ứng ở trụ Từ thông trong
các tập lá thép này không dễ dàng đi sang được các tập lá thép khác vì có cách điện lá và khe hở không khí ,nên chỉ chạy trên cùng tập với nhau
giữa trụ và gông Như vậy từ cảm trụ sẽ giảm nhở dần ở những tập lá thép giữa và tăng ở những tập lá thép ngồi biên Cịn ở gơng thì ngược lại Sự phân bố từ cảm không đều trong lõi như vậy làm tăng tổn hao và dong điện không tải nhất là đối với tôn cán lạnh Người ta tính ra rằng „chẳng hạn đối với gông chữ nhật tổn hao không tải tăng 5+6 % ,dòng điện không tải tăng 12+ 15% so với gông có số bậc bằng số bậc ở trụ Vì vậy tiết diện ngang của gông từ có số bậc bằng số bậc của trụ là tôt nhất Nhưng để bảo đảm lực ép phân bố đều hơn trên các lá thép gông ,thường
2+3 tập lá thép ngoài cùng của gông được gộp lại làm một cỡ ,như vậy
số bậc trong gông sẽ ít hơn số bậc trong trụ và dĩ nhiên tiết diện của gông sẽ lớn hơn tiết diện của trụ một ít Kinh nghiệm cho thấy nếu trụ và gông
ép bằng bulông xuyên qua chúng làm tổn hao o tải tăng lên khoảng
9+25%,dòng điện không tải tăng lên 50+200% Trong trường hợp tiết điện gông làm đơn giản số bậc đi so với tiết diện trụ thì tổn hao không tải tăng khoảng 5 +6% dòng điện không tải tăng 8+ 10%
Theo phương pháp ghép trụ và gông có thể chia lõi sắt thành 2 kiểu :
Lõi ghép nối và lõi ghép xen kế a.ghép nối :
ghép nối là gông và trụ ghép riêng sau đó được đem nối với nhau nhờ
những xà ép và bulông ép (hình 1.26a).Ghép kiểu này đơn giản nhưng
khe hở không khí giữa trụ và gông lớn ,do không bảo đảm tiếp xúc tương
Trang 26Lượt l Lượt 2 e Hình 1.26 b.ghép xen kế
Ghép xen kế là từng lớp lá thép của trụ và gông lần lượt đặt xen kẽ theo vị trí I và 2 .như trên hình 1.26 b Sau đó dùng xà ép và bulông vít chặt lại Muốn lồng dây quấn vào thì dỡ hết gông trên ra ,cho dây quấn đã được quấn trên ống bakelit lồng vào trụ Trụ được nèn chặt với ống
bakêlit bằng cách nêm cách điện (gỗ ,bakêlit .) sau đó xếp lá thép vào gông như cũ và ép gông lại Hiện nay ở nước ta hay dùng kiểu này Trụ
được ôm bởi ống cách điện bakêlít và dây quấn , hoặc đai bằng sợi thuỷ
tỉnh ,gông được ép bằng xà ép gông Không có bulông xuyên qua lõi sắt
Đối với thép cán lạnh ,để giảm bớt tổn hao do tính dẫn từ không đẳng
hướng thường ghép xen kẽ nhưng với mối nối nghiêng giữa trụ và gông ở bốn góc như ở hình 1.26 c hay mối nối nghiêng cả trụ giữa hình 1.26d hoặc ghép xen kẽ với mối nối hỗn hợp hình 1.26e mà không dùng mối nối thẳng như thép cán nóng Phương pháp ghép xen kẽ đơn giản ,kết cấu vững chắc nên được dùng phổ biến trong ngành chế tạo máy biến áp hiện nay
c Chon tôn silic và cường độ từ cảm trong trụ
Vật liệu làm lõi sắt biến áp thường có hai loại : tôn silíc cán nóng và tôn silic cán lạnh
Nhiều năm trước đây ,lõi sắt biến áp chủ yếu dùng tôn cán nóng Nhưng do suất tổn hao lớn làm cho tôn hao không tải ,đòng không tải tăng lên Vì thế gần đây tôn cán nóng không được sử dụng nữa mà đã được thay thế bằng tôn cán lạnh dày 0,35 mm hoặc nhỏ hơn nữa Dùng
tôn cán mỏng dưới 0,5mm thì sẽ có nhược điểm là số lần cắt dập ,lắp
Trang 27ghép lá thép tăng lên ,giá thành về công nghệ lõi thép tăng lên Nhưng bù
lại chúng lại có suất tổn hao nhỏ
Khác với máy biến điện áp điện lực ,mật độ từ cảm trong trụ thường chọn lớn (với tôn cán lạnh có thể chọn lên tới 1,6 + 1,65 T đặc biệt có khi
lên tới I,7T) ,mật độ từ cảm trong trụ của máy biến điện áp lại thường chọn thấp (thường nằm trong dải tuyến tính của đặc tính đường cong từ
hóa của loại thép được chọn ) nghĩa là thường chọn từ 0,8+ 1T
Việc chọn mật độ từ cảm trong trụ của máy biến điện áp thấp như vậy có
lý do sau :
-làm tăng tiết diện lõi sắt lên
-tăng độ nhạy cho máy biến điện áp 2 Cuộn dây
Cuộn dây thứ cấp và sơ cấp là một phần cơ bản và quan trọng nhất của mỗi máy biến điện áp Tính toán và thiết kế kết cấu cuộn dây thực chất là việc chọn kiểu cuộn dây ,xác định các thông số cuộn dây : số vòng dây „kích thước dây quấn và cuộn dây Các tham số về cuộn dây phải được lựa chọn phù hợp với đặc tính về điện từ , cách điện và đặc tính nhiệt của biến áp
Việc chọn kiểu cuộn dây cần phải theo chỉ dẫn về khả năng công nghệ
và chi phí vật liệu Trong cuộn dây còn có màn điện dung để bảo vệ
cuộn dây khỏi quá điện áp
a Dây quấn
Yêu cầu chung : Gồm yêu cầu về vận hành và yêu cầu về chế tạo
*Yêu cầu về vận hành gồm các mặt điện , cơ và điện
+ Về mặt điện :
khi vận hành thường dây quấn biến áp có điện áp , do đó cách điện của biến áp phải tốt , nghĩa là phải chiu được điện áp làm việc bình thương và
quá điện áp do đóng ngắt mạch trong lưới điện hay do sét (quá điện áp
thiên nhiên ) gây nên , ảnh hưởng của quá điện áp do đóng ngắt mạch với điện áp bình thường , thường chủ yếu là đối với cách điện chính của biến
áp , tức là cách điện giữa các dây quấn với nhau và cách điện giữa với vở
máy ; còn quá điện áp do sét đánh lên đường dây thường ảnh hưởng đến cách điện dọc của biến áp , tức là giữa các vòng dây , lớp dây hay giữa các bánh dây của từng dây quấn
+ về mặt cơ học :
Dây quấn không bị biến dạng hoặc hư hỏng dưới tác dụng của lực cơ
học do dòng điện ngắn mạch gây ra
+ Về mặt chịu nhiệt :
Trang 28
*Yêu cầu về chế tạo :
Kết cấu đơn giản , tốn ít nguyên liệu và nhân công, thời gian chế tạo ngắn và giá thành hạ nhưng vẫn đảm bảo được các yêu cầu về mặt vận hành
Vật liệu chính để chế tạo dây quấn là đồng có cách điện bằng vải hoặc êmay , tiết diện tròn hoặc chữ nhật Do dòng quá bé nên cơ bản sử dụng dây quấn có tiết diện tròn Đường kính dây được lựa chọn theo tiêu
chuẩn về dây quấn Việc cách điện dây thường khác nhau phụ thuộc vào
đường kính dây , cấp điện áp và kết cấu của cuộn dây Dây có các mác khác nhau phu thuộc vào cách điện chúng Đối với các cuộn dây sơ cấp của các BU có điện áp I10KV và cao hơn thì chúng phải có độ cách điện cao hơn nhiều , thường sử dụng loại dây emay Đối với các cuộn dây của các BU khô ( cách điện bằng epoxy ) thì sử dụng dây có cách điện chịu
nhiệt cao , độ bền cao tẩm sơn emay không tan trong keo epoxy
b Cách điện các chỉ tiết và vật liệu
Giá thành cách điện chiếm một tỷ lệ quan trọng trong giá thành chung
của máy biến áp Cách điện trong máy biến áp 110-220 KV chiếm đến 18+20 % giá thành toàn bộ máy biến áp Nếu chọn cách điện không hợp lý sẽ gây hư hỏng do tác dụng về cơ ,điện nhiệt hoặc lãng phí không cần
thiết
Các vật liệu cách điện cần phải không có tác dụng hoá học với dầu máy biến áp ,ngoài ra chúng không có khả năng bị oxy hoá và bị phân huỷ
Trước khi vận hành , các máy biến áp cần phải được thử nghiệm cách điện , điện áp thử có f= 50 Hz lấy từ nguồn riêng biệt , ở điều kiện khí
hậu bình thường ( +20°C ,p= 760 mmHg, độ ẩm 1 1g/mỶ )
Các chất cách điện được sử dụng chính : -_ Giấy cáp:
Mã hiệu K -0,8 ; K-12 va K-17 chiéu day 0,08 ; 0,12 ; 0,17 mm Trong máy biến áp thường sử dụng loại K-12 dày 0,12 để quấn dây
đồng trong cuộn dây dưới dạng băng vải , chiều rộng có nhiều cỡ dùng làm cách điện giữa các lớp Dưới dạng băng nhỏ rộng 2+3 cm quấn
thành từng lớp dày 0,1 đến 5 cm để cách điện dây dẫn ra và tăng
cường cách điện cho những vòng đầu cuộn dây
-_ Giấy điện thoại :
Làm thành từng cuôn rộng 500+ 1000 mm day 0,05+5 % mm ding
để cách điện giữa các lớp
-Vai son :
làm thành từng cuộn rộng 700 + 1000 mm dày 0,17 ; 0,2 ; 0,24 mm
.Vải sơn có dạng băng rộng 2+3 cmdùng để quấn xung quanh dây dẫn ra ở những nơi đồi hỏi độ bền cơ học và đàn hồi Vải sơn đen tuyệt đối
Trang 29có hai loại +Loai soi chéo day 0,58 +0,02 mm
+ Loai soi thang day 0,28+0,02mm rong tir 1,5 +5 -Bìa cách điện :
Chế tạo thành từng tấm có kích thước 900x1000mm dày 0,5mm;
850x3600 day 1,0 ;1,5;2,0;2,5 va 3mm Hay thành từng cuộn rộng
1000mm day 0,5mm
Dùng để làm tấm cách điện của cuộn dây , làm bức vách , tấm chắn
,vòng đệm và làm ống cách điện giữa các cuộn dây
-Thành phẩm giấy bakêlit :
Lầm thành từng ống có độ bền cơ và điện cao Chiều dày cả hai bên là
2,4,6,8mm và hơn nữa , dài đến 500mm Lam dạng ống lớn để cách điện
giữa cuộn dây va tru sat -Ghê -ni -tắc :
chế tạo bằng giấy tẩm sơn bakelit ép chặt ở nhiệt độ cao Làm thành
từng phiến có chiều dày khác nhau có độ bền cơ và điện cao Dùng để bắt chặt đầu dây , làm bảng điều chỉnh điện áp
- Gỗ :
Thường dùng gỗ dẻ trắng làm thanh đệm để lồng cuộn dây và cách
điện hình trụ hay làm thanh đệm giữa các lớp dây , dùng để chêm giữa
lõi sắt và cuộn dây BH (các loại gỗ có nhựa như cây thông ,cây sồi không được dùng trong biến áp dâu)
-Sứ : dùng làm làm vở máy hay cách điện giữa các đầu ra
-Giấy để dán
-Sơn dầu
-Sơn tẩm
-Dầu máy biến áp : dùng làm cách điện và làm mát máy biến áp c.Giới thiệu cuộn dây kiểu tru(day quấn hình ống nhiều lớp dây
tròn)
Đối với các BU sử dụng cuộn dây kiểu này :
Các ống dây kiểu trụ thường đơn giản ,dễ chế tạo Nếu sử dụng dây quấn tiết diện tròn thì việc quấn dây trên các ống cách điện 1,2 hoặc nhiều lớp , làm bằng giấy tẩm bakelit hoặc bìa cacton cách điện Trong cuộn dây nhiều lớp , giữa các lớp dây được đặt giấy cáp và các lớp giấy
cáp này phải cao hơn chiều cao của dây quấn từ 20+50 mm (cả về hai
phía ) và được quấn thêm những gờ bằng bìa cách điện nhằm mục đích
làm bằng phẳng lớp dây Các đâu dây quấn được đưa ra bằng chính dây
dẫn đó hoặc với các dây tròn đường kính nhỏ hơn 0,69mm thi bằng các loại dây mềm nhiều lõi Các vòng dây ngoài cùng có tiết diện tròn được
kẹp cho khỏi bị trượt bằng các tấm phụ hoặc bằng cách cuốn các vòng
dây ngoài cùng bằng các vòng giấy điện thoại Các viên ngoài được chế
tạo từ bìa cactôn cách điện và gắn bằng keo một bên Việc kẹp chặt các vòng dây ngoài bằng cách buộc chúng bằng các đai và làm bằng phẳng
Trang 30
thông thường được bó bằng lớp dây đai Để đảm bảo độ bền cơ khí các ống dây của BU dầu có điện áp lớn hơn I0KV được tẩm bằng sơn T9 -
95 Đối với máy biến điện áp khô thì chống 4m bang loai son N° 447
d.giới thiệu cuộn dây kiểu trụ ,quấn bậc
ở điện áp cao , với các cuộn dây nhiều lớp , được quấn từ dây có tiết diện nhỏ , mỗi lớp có số vòng dây lớn dẫn đến điện áp giữa các lớp là khá lớn Điều này đòi hỏi phải tăng tăng chiều dày cách điện giữa các lớp Do đó làm giảm hệ số điện đầy của cuộn dây , cuộn dây không được chặt , độ bền cơ khí kém
Trong trường hợp đó người ta chia cuộn dây cuộn dây theo chiều hướng trục và thành nhiều bậc (hình 1.27 ),
như vậy sẽ được cuộn dây kiểu trụ nhiều bậc Với cuộn dây như trên ,số
vòng dây ở bậc tiếp theo có điện áp giữa các lớp giảm đi theo tỷ lệ với số bậc quấn dây Hơn nữa cuộn dây cuộn dây được quấn chặt hơn
Hình 1.27 e.Cách điện các cuộn dây và bảo vệ chúng khi có quá điện áp
BU được tính toán làm việc với thời gian dài trong lưới điện , có nghĩa là thường xuyên có điện áp trên các cuộn dây Quá điện áp là hiện tượng điện áp tăng lên đáng kể so với điện áp định mức của BU Vi vay nguy
hiểm cho cách điện của máy
Quá điện áp xẩy ra do hiện tượng tự nhiên (sóng sét ) , do đóng ngắt
mạch , do chạm chập một pha nào đó Cách điện của BU cuôn dây chia
làm hai phần chính và dọc :
-_ Cách điện chính là cách điện giữa cuộn dây với đất và giữa cuộn dây với nhau
-_ Cách điện dọc là cách điện bên trong mỗi cuội dây nghĩa là giữa
các vòng dây ,lớp dây
Điện áp định mức và hiện tượng quá điện áp do chuyển mạch tác dụng
chủ yếu lên cách điện chính của cuôn dây Quá điện áp khí quyển tác động chủ yếu lên cách điện dọc của cuộn dây.Để BU làm việc lâu bên
„tin cậy , chắc chắn phải đảm bảo độ bền cách điện ở tần số công nghiệp (50Hz ) và độ bền xung Độ bền cách điện dưới tác dụng của điện áp sẽ
là lớn nhất khi điện áp chia đều theo các cuôn dây Đối với các BU sử
dụng cuôn dây kiểu ống trụ , chúng có ưu điểm so với các cuôn dây khác
Trang 31là sự phân chia ban đầu của áp xung ở chúng nhận được thực tế rất đều
trên các lớp dây Điều đó được giải thích như sau :
Xung sét có dang dựng đứng , xuất hiện với thời gian đo được cỡ Is
Với xung như vậy có thể xem như là sóng có dạng hình sin với tần số cao
Khi ấy điện trở cảm ứng trong các vòng dây của cuộn dây tỷ lệ với œ.L
trong đó œ =2IIf sẽ rất lớn Do vậy điện áp xung sẽ được chia tỷ lệ thuận
với điện dung trong của cuộn dây và điện trở của chúng là rất nhỏ Có
Oo:
Tuy nhiên điện dung của các lớp gần bằng nhau nên điện áp xung được chia giữa các lớp là như nhau và cách điện bên trong (giữa các lớp ) của
cuôn dây thực tế sẽ bền đều nhau
Cần thiết phải có bộ phận phụ cho cuôn dây ống hình trụ nhiều lớp ,
đó là màn điện dung , Nó bao luôn lớp trên và nối với đường dây vào Màn điện dung dùng để cân bằng điện áp ở các vòng dây lớp trên (lớp
vào ) Màn điện dung được làm bằng là nhôm hoặc tấm đồng latun mỏng
, chiều rộng của nó bằng chiều cao cuộn dây ở viên ngoài của màn , để
tránh việc tạo ra từ trường cường độ lớn , người ta gấp thêm giấy cáp
hoặc bìa cactôn kỹ thuật điện
1.7 LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN
Sau khi đã tìm hiểu chung về các loại máy biến điện áp với nhiều kiểu
kết cấu khác nhau Với đề tài thiết kế máy biến điện áp 35KV ta chọn
kiểu máy biến điện áp cảm ứng điện từ ngâm đầu
Đay là máy biến điện áp một pha hai dây quấn :dây quấn sơ cấp và dây quấn thứ cấp
Lựa chọn kết cấu
- _ mạch từ :hình chữ nhật ,trụ có ba bậc ,gông hình chữ nhật
- _ dây quấn : dây quấn hình ống nhiều lớp dây tròn , thứ cấp cuốn phía
trong một trụ ,còn cuọn sơ cấp cuốn bên ngoài và cuốn trên hai trụ ,
giưa hai dây quấn có rãnh dầu
1.8TÍNH KHOẢNG CÁCH CÁCH ĐIỆN
Các khoảng cách cách điện cho máy biến điện áp thiết kế được tra theo sách :
-_ thiết kế máy biến áp của tác giả Phạm Văn Bình và Lê Văn Doanh - _ thiết kế máy biến áp điện lực của tác giả Phan Tử Thụ
- _ Sách khí cụ điện cao áp của bô môn Thiết Bị Điện -Điện Tử
Máy biến điện áp có cấp điện áp: U,=35/v3 KV
U,= 100 /43V
Trang 32với U,=8§5kv ta tra được : a;=lcm, l= l”„ =l””„=lem, a¡=2cm, với U= 5kv có a„;=0,2cm
a21
1.8NGUYÊN TÁC THIẾT KẾ
Nhiệm vụ của người thiết kế là phải thiết kế máy biến điện áp có dung lượng ,điện áp ,cấp chính xác .theo tiêu chuẩn nhà nước ( các số liệu đã cho ).Máy biến điện áp phải có những đặc tính phù hợp với tiêu
chuẩn kỹ thuật đã qui định như : điện áp ,hiệu suất .phải đảm bảo chắc chắn độ bền nhiệt ,điện, cơ ,và đồng thời công nghệ chế tạo đơn giản ,giá thành hạ ,bảo quản và sửa chữa dễ dàng Thực tế thiết kế cho thấy rằng
cũng những số liệu ban đầu ( dung lượng ,điện áp ,cấp chính xác )ta có
thể có được những quan hệ khác về kích thước ,về giá thành ,về trọng
lượng của máy biến điện áp Do đó có nhiều phương án thiết kế khác nhau cho nên người thiết kế phải biết lựa chọn một phương án thích hợp nhất với các yêu cầu đã cho
Công việc thiết kế gồm có các phần sau : 1 định nhiệm vụ kỹ thuật : định rõ công dụng của sản phẩm ,phạm vi ứng dụng ,tạm thời định hình dáng của máy biến điện áp như kết cấu „phương thức làm mát 2 tính toán : -các kích thước chính -thiết kế cuộn dây -chọn kết cấu cách điện -tính toán đặc tính của máy
-tính toán nhiệt ,thiết kế vỏ thùng 3.thiết kế thi công :
vẽ rõ toàn bộ kết cấu và từng chỉ tiết của máy ,tính toán trọng lượng
Trang 33
CHƯƠNG II
TÍNH TỐN ĐIỆN TỪCỦA MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP
2.1 TÍNH TỐN CÁC KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU
Í.XÁC ĐỊNH CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐIỆN CƠ BẢN 1 dòng điện định mức pha s ⁄ S, phia cao 4p :/,,,, =—“ = 150.3 = 0.0074 (A) U,„ 35000 S ha 2 Sim _ 150A3
hia ha ap: /,,,=—“ = =2,6(A
P APS Loam =o 100 (A)
2dm
2 điện áp thử nghiệm của dây quấn
theo bảng 2 sách thiết kế máy biến áp của tác giả pha Tử Thụ :
bên cao áp : U,=35/4/3 kv có U=55 kv bên hạ áp : U,= 100/24/3 v có U,= 5 kv
II TÍNH CÁC KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU 1 tiết điện trụ của mạch từ
theo công thức sách thiết kế máy biến áp của tác giả Phạm Văn Bình ta CÓ :
S, =1,2VS =1,2V150 =14,7 cm?
Khi máy biến điện áp làm việc với lưới điện trung tính cách ly Dé máy
biến điện áp chịu được sự cố ngắn mạch một pha nào đó của lưới điện „lúc đó điện áp tăng x3 lần ,để dòng từ hố khơng đạt đến trị số nguy
hiểm thì tiết diện mạch từ cũng phải tăng +3 lần S,= v3S,= 3.14/7= 25,5 cm” 2.đường kính trụ mạch từ theo sách thiết kế máy biến áp của tác giả Phan Tử Thụ ta có Sad? _ [48 _ | 4255 =63 (em) K, 4 K,z |0821314 trong đó: ku=k,.k,=0,851.0,965=0,828 k„ là hê số lợi dụng của lõi sắt k, hệ số ép chặt ,tra được k,= 0.851
kụ hệ số điền đầy ,tra được kụ= 0.965
1 đường kính trung bình của rãnh dầu d,,= a.d=1,3.6,3=8,2 cm
chon a= 1,3
4.chiều cao cuộn dây
Từ công thức (2-30) sách thiết kế máy biến áp của tác giả Phan Tử
Trang 34ad, 314.82 —>i=——~=———_—— 1 B 17 =15,15 (em) 2.2.TÍNH TOÁN DÂY QUẤN I.pAY QUAN HA AP 1.số vòng dây ha áp theo sách thiết kế máy biến áp của tác giả Phan Tử Thụ ta có ve, Ua¿„ —— — 100 °U, — AJ3.0566 lấy w; = 102 vòng =102,01 vong trong đó : U, =4,44.f.B.S,.10% = 4,44.50.1.25,5=0,566 V là sức điện động của một vòng dây B, là cường độ từ cảm trong trụ sắt chọn B=1T S, =25,5 cm? 2 tính lại điện áp của một vòng dây U, = Uz„ _ _ 100 =0,566 v/vong w, vJ3.102 trong đó : Usam =100/./3 V là điện áp định mức hạ áp W,= 102 vòng là số vòng dây hạ áp
3.chon mat do dong dién trong day quan ha 4p :A,=1 A/mm? 4.tiết diện dây quấn hạ áp 2 = fam _ 26 — 26 mm? eA, trong đó : L„ =2.6 A là dòng điện định mức thứ cấp A; = I A/mmÏ là mật độ dòng điện hạ áp 5.từ tiết diện dây quấn q;=2,6mm” ta chọn dây quấn có kích thước ;d/d;°=1,81/1,905; q;°= 2,57 mm? 6.chọn kiểu dây quấn hạ áp là dây quấn hình ống nhiêu lớp dây tròn 7.mật độ dòng điện thực I 26 A, = 2% === =1,01 A/mm? “ qy' 2,57 trong đó :
Lam =2,6A 1a dong dién dinh mức thứ cấp
Trang 35trong đó :
1; =15,15 cm là chiều cao cuộn quấn
d,’ = 1,905 mm là đường kính kể cả cách điện của dây dẫn hạ áp
9.tính lại chiều cao dây quấn
l=d,’.(w, +1) =1,905.77=147 mm = 14,7 cm
trong đó :
đ,° = 1,905 mm là đường kính ngoài của dây dẫn Wp, =76 vòng là số vòng dây thực của dây quấn hạ áp 10.số lớp của dây quấn wẹ — 102 n, = Tản = 76 =134 (lo (lop) trong đó : w, = 102 vòng là số vòng hạ áp w; = 76 vòng là số vòng dây của một lớp 11.chiéu day của dây quấn hạ áp a, =n, d’,+ (n,-1).8,, =2.1,905+ 0,1= 3,9 mm trong đó : õ;„ là khoảng cách cách điện giữa hai lớp dây quấn hạ áp chọn 6,,=0.1mm 12.đường kính trong của dây quấn hạ áp D,’= D, + 2 a= 6,3 + 2.0,2 = 6,7 cm Trong đó:
với U,=85kv ta tra được : a,=lcm, l=lcm, a,=2cm, với U¿= 5kv c6 a,, =0,2cm
13.đường kính ngoài cuộn dây hạ áp
D,”’ =D,’ + 2.a, = 6,7 +2.0,39 = 7,48 cm
Trong đó :
D,’ = 6,7 cm là đường kính trong của dây quấn hạ áp a, = 0,39 cm là chiều dày của dây quấn hạ áp
14.bé mat lam 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 :
M, = k.II D,'”.1, 10 = 1 3,14.7,48.14,7.10=0,034m?
Trong đó :
D,” = 7,48 cm là đường kính ngoài cuộn dây hạ áp
Trang 36D,’ =6,7 cm là đường kính trong của dây quấn hạ áp
D,” = 7,48 cm là đường kính ngoài cuộn dây hạ áp w, = 102 vòng là số vòng hạ áp
q.’ = 2,57 mm? là tiết diện dây dẫn hạ áp
t= I là số trụ quấn dây hạ áp 16.tính lại đường kính rãnh dầu
d,,=D, + 2a) + 2a, +a,,=6,3 +2.0,2 +2.0,39 + 1 = 8,48 cm
trong đó :
D6,3 cm là đường kính trụ sắt
a„›=0,2 cm là bề dây cách điện giữa dây quấn và trụ sắt a, = 0,39 cm là chiều dày của dây quấn hạ áp
a;¿=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 : pe Z4, _ 314848 _1 9) 7 14,7 trong đó : d,;=8,48 cm là đường kính rãnh dầu
I=l,= l¿ =14.7 em là chiều cao cuộn quấn TI DÂY CUỐN CAO ÁP
1 số vòng dây quấn cao áp
w= tu, = 35000 _ 35702 vong
U, 43.0566
trong đó :
Ujam =35000/X3 V là điện áp đinh mức cao áp
U, = 0,566 V là điện áp của một vòng dây
2.sơ bộ chọn mật độ dòng diện A,=0,6 A/mm?
3.tiết diện dây quấn cao áp
_ Tạ _ 0/0074
‘A, 06
trong đó :
1,¿„ =0,0074A là dòng điện định mức cao áp
A, = 0,6 A/mm’ 1a mat do dong dién cao 4p
4.chọn kiểu dây quấn cao áp là dây quấn hình ống nhiều lớp dây tròn 5.căn cứ vào q,=0,0123 mm”theo bảng VI.I sách thiết kế máy biến áp của tác giả Nguyên Hồng Thanh và Trần Khánh Hà ta chon được day dẫn có kích thước :d,/d,°= 0,13/0.152 , q,°= 0.01327 mm?
6.mật độ dòng điện thực
_ 1, _ 0.0074 = ạ' 001327
q,’ = 0,1327mm’ 1a tiết diện dây quấn cao áp
Trang 377.số vòng dây của một lớp dây quấn
1,.10 14,7.10
w, =—-1=
dị 0,152
trong đó :
l,= l; =14,7 cm là chiều cao cuộn quấn
d,’ = 0,152 mm là đường kính kể cả cách điện của dây dẫn cao áp —1=967,lvong 8.điện áp giữa hai lớp dây quấn U,;= 2.w,,.U,= 2.967.0,566 =1094,6V Trong đó :
wị = 967 là số vòng dây quấn của một lớp dây quấn cao áp U, = 0,566 V là điện áp của một vòng dây
9.với U;;= 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 5,,=3.0,12=0,36 mm 10.mỗi bên trụ ta quấn một nửa số vòng dây W, WwW’, =W”’ = 2 = ORE =17851 vong 11.số lớp dây quấn ở mỗi trụ „ :E— = 17851 — 1g 46 lop W, 9617
mỗi trụ phải quấn tới lớp thứ 19
12.đường kính trong của dây quấn cao áp phía có dây quấn hạ áp D,,’= D,”’ + 2.a,, = 7,48 +2.1 = 9,48cem
Trong đó :
D,” = 7,48 cm là đường kính ngoài cuộn dây hạ áp
a,=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
ai = d/.n, + 6,.(n, - 1) + 0,1.đ,= 0,152.19 + 0,36.18 + 0,1.0,152
= 9,4 mm = 0,94 cm
trong đó :
d,' =0,152 mm là đường kính kể cả cách điện của dây dẫn cao áp
n, = 19 là số lớp dây quấn cao áp ở mỗi trụ
ổ,, = 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
D,,”=D,,’ +2a, = 9,48 + 2.0,94= 11,36 cm Trong đó :
D,,’ = 9,48 cm là đường kính trong của dây quấn cao áp
Trang 38
a, =0,94em là bề dây của dây quấn cao áp ở mỗi trụ
15.cách điện giữa dây quấn cao áp va trụ bằng ống giấy bakelit dầy lem 16.đường kính trong của dây quấn cao áp bên trụ không có dây quấn hạ áp
D/= D, + 2 a, = 6,3 + 2.1= 8,3 cm
Trong đó :
De 8,3 cm là đường kính trụ sắt
a„¡ =lcm là bề dây 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
DJ”= D,’+ 2.a,= 8,3 + 2.0,94 = 10,18cm
Trong đó :
D,’= 8,3 cm là đường kính trong của dây quấn cao áp phía không có dây quấn hạ áp
a¡= 0,94 cm là bề dầy dây quấn cao áp ở mỗi trụ 18.khoảng cách giữa hai trụ
D"+D",, = 10,18+11,36
C= ta 2=12,77 cm
trong đó :
D,’’= 10,18 cm là đường kính ngoài của dây quấn cao áp
bên trụ không có dây quấn hạ áp
D,,’’= 11,36 cm là đường kính ngoài của dây quấn cao áp bên trụ có dây quấn hạ áp
a,,= 2cm là khoảng cách gia hai cuộn dây cao áp Cc | al a jao2 all ao2 a1 i | | I | i | | | Ị i a21 I | | 19.bé mặt làm lạnh của dây quấn cao áp ở cả hai trụ M,=k.I1.(D,”+D,,”)1.10“= 1.3,14.(10,18+ 11,36).14,7.102 =0,0994 m? Trong đó :
D,’’= 10,18 cm là đường kính ngoài của dây quấn cao áp bên trụ không có dây quấn hạ áp
Trang 39D,,’’= 11,36 cm là đường kính ngoài của dây quấn cao áp bên trụ có dây quấn hạ áp K=l là hệ số tính đến bề mặt làm lạnh bị các chi tiết khác che khuất 20.trong lượng của dây quấn cao áp G.,, = 29 2t On + PP yg 10° = 2 trong = 2g ASE SUS SS ATOAS ).17851.0,01327.10° =13 kg đó : D,,’ =9,48 cm là đường kính trong của dây quấn cao áp bên trụ có dây quấn hạ áp D,,” = 11,36 cm 1a dudng kinh ngoài cuộn dây cao áp bên trụ có dây quấn hạ áp
D,”= 8,3 cm là đường kính trong của dây quấn cao áp bên trụ không có dây quấn hạ áp
D,””= 10,18 cm là đường kính ngoài của dây quấn bên trụ không có dây quấn hạ áp
Wj= W7, = 17851 là số vòng dây cao áp bên mỗi trụ
q,’ =0,01327 mm” là tiết diện dây dẫn cao áp
Trang 40II TÍNH TỐN CUOI CUNG VE HE THONG MACH TU
Ta chọn kết cấu lõi thép kiểu một pha 2 trụ ,lá thép ghép xen kế 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 D, <0,22 m nên dùng mêm gỗ suốt và giấy bakêlit giữa ống giấy bakêlit với trụ