Nghiên cứu lực ngắn mạch tổng hợp tác dụng lên dây quấn máy biến áp khô bọc epoxy sử dụng lõi thép vô định hình

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ĐOÀN THANH BẢO NGHIÊN CỨU LỰC NGẮN MẠCH TỔNG HỢP TÁC DỤNG LÊN DÂY QUẤN MÁY BIẾN ÁP KHÔ BỌC EPOXY SỬ DỤNG LÕI THÉP VÔ ĐỊNH HÌNH LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN Hà Nội – 2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ĐOÀN THANH BẢO NGHIÊN CỨU LỰC NGẮN MẠCH TỔNG HỢP TÁC DỤNG LÊN DÂY QUẤN MÁY BIẾN ÁP KHÔ BỌC EPOXY SỬ DỤNG LÕI THÉP VÔ ĐỊNH HÌNH Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 62520202 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS PHẠM VĂN BÌNH TS PHẠM HÙNG PHI Hà Nội – 2015 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan kết khoa học trình bày luận án thành nghiên cứu thân suốt thời gian làm nghiên cứu sinh chưa xuất công bố tác giả khác Các kết đạt xác trung thực XÁC NHẬN CỦA TẬP THỂ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC GV HƯỚNG DẪN PGS TS Phạm Văn Bình GV HƯỚNG DẪN TS Phạm Hùng Phi TÁC GIẢ LUẬN ÁN Đoàn Thanh Bảo ii LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc kính trọng đến hai thầy hướng dẫn khoa học trực tiếp, PGS TS Phạm Văn Bình TS Phạm Hùng Phi trực tiếp hướng dẫn, định hướng khoa học trình nghiên cứu Hai thầy dành nhiều thời gian tâm huyết, hỗ trợ mặt để tác giả hoàn thành luận án T c giả tr n trọng cảm ơn PGS.TS Nguy n Việt H ng, Viện trưởng Viện nghi n cứu quốc tế Khoa học K thuật t nh to n D SI , tạo điều kiện thuận lợi cho ph p t c giả s d ng chương trình phần mềm nsys Maxwell hỗ trợ quyền, ph ng nghi n cứu Viện để thực ài to n mô m y iến áp T c giả tr n trọng cảm ơn ThS L Xu n Đại, công t c Viện D SI thu c trường Đại học B ch khoa Hà N i Người hết l ng hỗ trợ t c giả việc hướng dẫn s d ng phần mềm nsys Maxwell Tác giả xin trân trọng cảm ơn Lãnh đạo trường Đại học Bách Khoa Hà N i, Viện Đào tạo Sau Đại học, Viện Điện B môn Thiết bị Điện - Điện t tạo điều kiện thuận lợi cho nghiên cứu sinh suốt trình học tập nghiên cứu Chân thành cảm ơn c c Giảng viên cán b B môn Thiết bị điện - Điện t , hỗ trợ tận tình giúp đỡ trình thực luận án Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban Gi m hiệu trường Đại học Quy Nhơn, Ban Chủ nhiệm khoa Kỹ thuật Công nghệ tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả tập trung nghiên cứu Hà N i suốt thời gian qua Xin chân thành cảm ơn quan t m, giúp đỡ đ ng viên c c đồng nghiệp, nhóm NCS – Viện Điện Cuối cùng, tác giả thực cảm đ ng từ đ y l ng xin ày tỏ l ng iết ơn đến Bậc sinh thành người vợ yêu quý gái trai th n y u bên tác giả lúc khó khăn nhất, lúc mệt mỏi nhất, để đ ng vi n, để hỗ trợ tài tinh thần, giúp tác giả đứng vững trình nghiên cứu hoàn thiện luận án Tác giả luận án Đoàn Thanh Bảo iii MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT vii DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU ix DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ x DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU xv MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu, đối tƣợng, phƣơng pháp phạm vi nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Các đóng góp luận án Cấu trúc nội dung luận án CHƢƠNG TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu 1.2 Máy biến áp khô 1.2.1 Khái niệm: 1.2.2 Máy biến áp khô có cu n d y đúc c ch điện rắn 1.2.3 Ưu nhược điểm máy biến áp dầu máy biến áp khô 1.3 Máy biến áp hiệu suất cao 1.4 Những nghiên cứu nƣớc máy biến áp lõi vô định hình 10 1.4.1 Phương ph p chế tạo vật liệu vô định hình 10 1.4.2 Giảm tổn hao máy biến p lõi vô định hình 12 1.4.3 Thiết kế máy biến p lõi vô định hình 13 1.5 Những nghiên cứu nƣớc máy biến áp lõi vô định hình 15 iv 1.6 Nghiên cứu lực điện từ máy biến áp lõi silic 16 1.7 Nghiên cứu lực điện từ máy biến áp lõi vô định hình 19 1.8 Những vấn đề tồn 21 1.9 Đề xuất hƣớng nghiên cứu 22 1.10 Kết luận chƣơng 22 CHƢƠNG MÔ HÌNH TOÁN CỦA TỪ TRƢỜNG TẢN TRONG CỬA SỔ MẠCH TỪ MÁY BIẾN ÁP 24 2.1 Giới thiệu 24 2.2 Lý thuyết dòng điện ngắn mạch lực điện từ 24 2.2.1 D ng điện ngắn mạch 24 2.2.2 Lực điện từ 28 2.3 Xây dựng mô hình toán với từ vectơ A 33 2.3.1 Phương trình Maxwell 33 2.3.2 Phương trình từ vectơ 35 2.3.3 Phương trình ứng suất lực dây quấn viết theo từ vectơ x,y 41 2.4 Kết luận chƣơng 42 CHƢƠNG TÍNH TOÁN ỨNG SUẤT LỰC ĐIỆN TỪ BẰNG PHƢƠNG PHÁP GIẢI TÍCH VÀ PHẦN TỬ HỮU HẠN 2D 44 3.1 Giới thiệu 44 3.2 Tính toán ứng suất lực ngắn mạch dây quấn phƣơng pháp giải tích 44 3.2.1 3.2.2 3.2.3 3.2.4 3.2.5 Mô hình máy biến áp 630kVA - 22/0,4kV 45 Tính dòng ngắn mạch cu n dây 45 Tính toán từ trường tản cu n dây hạ áp cao áp 47 Các kết ứng suất lực cu n hạ áp cao áp 53 Nhận xét kết đạt từ phương ph p giải tích 55 3.3 Tính toán ứng suất lực ngắn mạch dây quấn phƣơng pháp phần tử hữu hạn 2D 57 3.3.1 Mô hình k ch thước máy biến áp Ansys Maxwell 57 3.3.2 Ứng suất lực cu n dây hạ áp cao áp 59 3.3.3 Nhận xét kết đạt từ phương ph p PTHH 2D 61 3.4 So sánh ứng suất lực dây quấn phƣơng pháp giải tích phƣơng pháp phần tử hữu hạn 2D 62 3.4.1 Từ cảm tản Bx, By Bxy cu n hạ áp cao áp 63 v 3.4.2 Ứng suất lực x y cu n hạ áp cao áp 63 3.4.3 Nhận xét kết so sánh 64 3.5 Kết luận chƣơng 65 CHƢƠNG TÍNH TOÁN LỰC NGẮN MẠCH TỔNG HỢP TÁC DỤNG LÊN DÂY QUẤN MÁY BIẾN ÁP 67 4.1 Giới thiệu 67 4.2 Thuật toán tính ứng suất lực điện từ dây quấn máy biến áp lõi thép vô định hình phƣơng pháp PTHH 3D 67 4.3 Xây dựng mô hình 3D máy biến áp phần mềm Ansys Maxwell 68 4.3.1 Quá trình giải toán Ansys Maxwell 68 4.3.2 Thiết lập toán mô máy biến áp 630kVA 69 4.4 Mô chế độ không tải ngắn mạch thử nghiệm 73 4.4.1 Phân bố từ trường 73 4.4.2 Giá trị điện p d ng điện 73 4.4.3 Tổn hao không tải tổn hao ngắn mạch th nghiệm 74 4.5 Mô chế độ ngắn mạch cố 75 4.5.1 4.5.2 4.5.3 4.5.4 D ng điện ngắn mạch 76 Phân bố từ trường tản 76 Phân tích ứng suất lực ngắn mạch cu n dây hạ áp cao áp 78 Tìm vị trí có ứng suất lớn vòng dây quấn hình chữ nhật 81 4.6 Tìm ứng suất lớn trƣờng hợp thay đổi bán kính cong r cuộn dây 84 4.6.1 C c trường hợp khảo sát 84 4.6.2 4.6.3 4.6.4 4.6.5 4.6.6 4.6.7 4.6.8 4.6.9 Trường hợp r = mm 85 Trường hợp r = 10 mm 87 Trường hợp r = 18 mm 88 Trường hợp r = 30 mm 90 Trường hợp r = 45 mm 91 Trường hợp r = 90 mm 92 Nhận x t trường hợp r thay đổi 93 Đ nh gi ph thu c giá trị ứng suất lực 95 4.7 Tính ứng suất nhiệt dây quấn máy biến áp khô bọc epoxy 97 4.7.1 Phân bố nhiệt đ thời điểm sau ngắn mạch 97 4.7.2 Tính ứng lực vào dây quấn có chênh lệch nhiệt đ dây quấn c ch điện epoxy 99 vi 4.7.3 Tổng ứng suất vùng biên 106 4.8 Tính ứng suất lực ngắn mạch tổng hợp 107 4.9 Kết luận chƣơng 109 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 111 Đóng góp khoa học luận án 111 Hƣớng phát triển luận án 111 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 112 TÀI LIỆU THAM KHẢO 113 PHỤ LỤC 120 vii DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT Kí hiệu / Đơn vị Ý nghĩa Viết tắt Hc A/m Lực kháng từ t mm Đ dày thép ρ µΩcm f Hz Tần số u V Điện áp tức thời U V Điện áp hiệu d ng Uđm V Điện áp hiệu d ng định mức Điện trở suất Điện áp ngắn mạch phần trăm u% e V Sức điện đ ng et V Sức điện đ ng tản i A D ng điện tức thời I A D ng điện hiệu d ng In A D ng điện ngắn mạch hiệu d ng  Wb Từ thông tức thời Φ Wb Từ thông hiệu d ng W vòng Số vòng dây dây quấn  Wb.vòng Lt H Hệ số tự cảm X  Điện kháng tản dây quấn Xn  Điện kháng tản ngắn mạch dây quấn  rad Tần số góc d ng điện R  Điện trở dây quấn Rn  Điện trở ngắn mạch dây quấn Rm  Điện trở từ hóa Xm  Điện kháng từ hóa Z  Tổng trở Zn  Tổng trở ngắn mạch Zm  Tổng trở từ hóa Từ thông móc vòng viii υn rad Góc pha d ng điện E Vm-1 Vectơ cường đ điện trường D Cm-2 Vectơ cảm ứng điện H A.m-1 Vectơ cường đ từ trường B T = kg.m-2.A-1 J A/m2 A Wbm-1 B T Vectơ cảm ứng từ Vectơ mật đ d ng điện Vectơ từ Cảm ứng từ (mật đ từ thông) -1 Hệ số điện môi Hm -1 Hệ số từ thẩm μ0 Hm -1 Hệ số từ thẩm không khí γ -1 Ω m h mm Chiều cao c a sổ mạch từ d mm Chiều r ng c a sổ mạch từ t nh đến tr c đối xứng h11 mm Chiều cao từ gốc tọa đ tới thành cu n HA h12 mm Chiều cao từ gốc tọa đ tới thành cu n CA h21 mm Chiều cao từ gốc tọa đ tới thành cu n HA h22 mm Chiều cao từ gốc tọa đ tới thành cu n CA d11 mm Khoảng cách từ tr đến thành cu n HA d12 mm Khoảng cách từ tr đến thành cu n CA d21 mm Khoảng cách từ tr đến thành cu n HA mm Khoảng cách từ tr đến thành cu n CA b1 mm Chiều cao cu n dây HA b2 mm Chiều cao cu n dây CA axb mm K ch thước mạch từ htr mm Chiều cao tr Ctr mm Khoảng cách tâm hai tr Hcs mm Chiều cao c a sổ mạch từ Ccs mm Chiều r ng c a sổ mạch từ D’1a x D’1b mm K ch thước bên cu n HA D”1a x D”1b mm K ch thước bên cu n HA D’2a x D’2b mm K ch thước bên cu n CA D”2a x D”2b mm K ch thước bên cu n CA ε Fm μ d2 -1 Điện dẫn suất 110 Kết mô nhiều trường hợp x c định hai đường cong quan hệ ứng suất bán kính cong r dây quấn: + Đường cong : Đ nh gi thay đổi giá trị ứng suất theo bán kính cong; + Đường cong (2): Hệ số tăng cường ứng suất theo hệ số a (hệ số a  rR ; r với r bán kính cong dây quấn R k ch thước lõi thép) Đường (2) thay đổi bán kính từ tr n đến vuông ứng suất lực tăng l n 31% Đường cong giúp cho việc đ nh gi ph thu c ứng suất lực vào bán kính cong dây quấn xác khuyến cáo việc lựa chọn hợp lí bán kính cong dây quấn theo đ tăng ứng suất lực điện từ Ứng suất tổng hợp tác d ng vào dây quấn MBA khô bọc epoxy bao gồm: (1) Ứng suất lực điện từ (2) Ứng suất nhiệt chênh lệch nhiệt đ dây quấn epoxy Do cuối chương, luận n tính ứng suất nhiệt ứng suất tổng hợp tác d ng lên dây quấn HA bọc lớp epoxy Kết tính toán cho thấy ứng suất lực điện từ t c đ ng vùng biên bên cu n HA lớn nguy hiểm, sau thời gian ngắn mạch lại c ng theo ứng suất nhiệt lại nguy hiểm 111 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Đóng góp khoa học luận án Toàn b n i dung gồm có chương c c kết luận n việc xây dựng mô hình toán áp d ng phương ph p PTHH 2D 3D t nh to n ứng suất lực dây quấn, x c định vị trí có ứng suất lớn dây quấn hình chữ nhật cách lựa chọn hợp lí kích thước bán kính cong dây quấn theo hệ số gia tăng ứng suất lực Luận n đạt m t số kết nghiên cứu tóm lược lại sau: (1) Xây dựng mô hình toán tổng quát từ trường tản c a sổ mạch từ MBA với từ vectơ A Ứng d ng phương ph p giải t ch PTHH 2D để tính ứng suất lực hướng tr c hướng kính dây quấn trường hợp ngắn mạch pha đối xứng phía HA Kết d ng điện ngắn mạch cực đại, từ trường tản ứng suất lực cu n dây HA CA hai phương ph p so sánh với (2) X c định vị trí có giá trị ứng suất lực điện từ lớn vòng dây cu n HA CA hình chữ nhật MB VĐH trường hợp ngắn mạch pha đối xứng phương ph p PTHH 3D Tính toán ứng suất nhiệt chênh lệch nhiệt đ dây quấn c ch điện epoxy, từ x c định ứng suất tổng hợp tác d ng lên dây quấn bọc epoxy Kết so sánh với ứng suất tiêu chuẩn cho phép dây quấn MBA (3) Xây dựng đường cong kh i qu t đ nh gi đ tăng giá trị ứng suất theo bán kính cong cu n d y kh c Thông qua đường cong này, thay đổi bán kính từ tr n đến vuông ứng suất lực tăng l n 31%, khuyến c o cho người thiết kế MBA lựa chọn hợp lí bán kính cong dây quấn Hƣớng phát triển luận án Nghiên cứu phát triển c c hướng sau: - Mở r ng toán tìm phân bố điện trường dây quấn có cấu trúc hình chữ nhật; Đường cong lựa chọn phù hợp bán kính cong dây quấn theo tiêu kinh tế; - Xây dựng m t qu trình t nh Điện từ - Cơ - Nhiệt để tìm bề dày lớp epoxy đồng thời đem lại hiệu tản nhiệt tốt cho cu n dây 112 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN [1] Đoàn Thanh Bảo, Đỗ Chí Phi, Phạm Văn Bình, Đoàn Đức Tùng, Võ khánh Thoại, (2014), Phân tích lực điện từ ngắn mạch máy biến áp vô định hình, Tạp chí Khoa học công nghệ Đại học Đà Nẵng, ISSN 1859 -1531, Số 11(84) 2, trang 1-4 [2] Đoàn Thanh Bảo, Đỗ Chí Phi, L Xu n Đại, Phạm Hồng Hải (2014), Ứng dụng phương pháp số tính toán mô máy biến áp điện lực, Tuyển tập h i nghị khoa học công nghệ điện lực toàn quốc 2014, trang 460-468 [3] Đoàn Thanh Bảo, Phạm Văn Bình, Phạm H ng Phi, Đỗ Ch Phi, L Xu n Đại (2015), Tính toán từ trường tản lực điện từ ngắn mạch dây quấn máy biến áp phương pháp giải tích phần tử hữu hạn, Tạp chí Khoa học Công nghệ c c trường Đại học Kỹ thuật, ISSN 0868 -3980, số 104, trang 18-23 [4] Đoàn Thanh Bảo, Đặng Thị Từ Mỹ, Phạm Hồng Hải, Phạm Văn Bình 2015 , Phân tích lực điện từ ngắn mạch dây quấn máy biến áp phương pháp phần tử hữu hạn theo miền thời gian, Tạp chí Khoa học công nghệ Đại học Đà Nẵng, ISSN 1859 -1531, Số 5(90), trang 10-14 [5] Đoàn Thanh Bảo, Đỗ Chí Phi, Huỳnh Đức Hoàn, Phạm Văn Bình, Phạm Hùng Phi (2015), Phân tích lực điện từ ngắn mạch tác dụng lên dây quấn máy biến áp lõi thép vô định hình phương pháp phần tử hữu hạn, Tạp chí Khoa học Công nghệ c c trường Đại học Kỹ thuật, ISSN 2354 -1083, số 108, trang 12-18 [6] Đoàn Thanh Bảo, Đỗ Chí Phi, Phạm Hùng Phi, Phạm Văn Bình 2015 , Vị trí ứng suất ngắn mạch lớn dây quấn máy biến áp lõi thép vô định hình, Tạp chí Khoa học công nghệ Đại học Đà Nẵng, ISSN 1859 -1531, số 11(96) 1, trang 1-7 [7] Đoàn Thanh Bảo, Đoàn Đức Tùng, Phạm Hùng Phi, Phạm Văn Bình 2015 , Tính toán ứng suất lực ngắn mạch tổng hợp dây quấn máy biến áp lõi thép vô định hình, Tạp chí Khoa học công nghệ Đại học Đà Nẵng, ISSN 1859 -1531, số 11(96) 2, trang 5-10 Đề tài khoa học – Công nghệ [1] Đoàn Thanh Bảo, Đề tài: Nghiên cứu phân bố từ trường tổn hao máy biến áp vô định hình tiết kiệm điện năng, Giấy khen: 5739/QĐ-BGDĐT - giải khuyến kh ch “Tài khoa học trẻ Việt Nam” dành cho giảng viên trẻ năm 2012 B Giáo d c Đào tạo tổ chức, vai trò chủ nhiệm đề tài 113 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] B Công thương 2009 “Nghi n cứu thiết kế chế tạo máy biến áp có tổn hao không tải thấp, s d ng vật liệu thép từ vô định hình, siêu mỏng, chế tạo nước,” Quyết định số 6228/GĐ – BCT Bộ trưởng Bộ Công Thương, ngày 10 tháng 12 năm 2009 Công ty cổ phần chế tạo biến áp vật liệu điện Hà Nội [2] Catalogue - Máy biến áp khô loại đúc 2009 “Công ty cổ phần thiết bị điện (Electrical Equipment Joint Sock Company) - Tổng công ty thiết bị điện Việt Nam,” www.thibidi.com.vn, pp 1–23 [3] Đặng Văn Đào - L Văn Doanh 2001 “C c phương ph p đại nghiên cứu tính toán thiết kế kỹ thuật điện,” Nxb Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, pp 1–291 [4] Đoàn Thanh Bảo - luận văn thạc s khoa học 2010 “Nghi n cứu chế tạo máy biến áp có lõi thép s d ng vật liệu vô định hình,” Viện Điện, Trường Đại học Bách khoa Hà nội [5] Nguy n Hoa Thịnh - Nguy n Đình Đức 2002 “Vật liệu composite học công nghệ,” Nxb Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, pp 1–351 [6] Nguy n Hoàng Nghị - Phạm Văn Bình 2009 “S d ng vật liệu từ tiên tiến để chế tạo lõi biến - Xu giới khả nước ta,” vol 5, pp 1–33 [7] Nhữ Mai Phương 2009 “Lý thuyết đàn hồi,” NXB Giáo Dục Việt Nam, pp 1–81 [8] Phạm Văn Bình - L Văn Doanh 2011 “M y iến áp – lý thuyết – vận hành – bảo dưỡng – th nghiệm,” Nxb Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, vol 2, pp 1–619 [9] Tiêu chuẩn Việt Nam - TCVN 6306-5: 2006 (IEC 60076-5: 2006 2006 “M y iến áp điện lực, Phần 5: Khả chịu ngắn mạch,” p Hà N i, 2006 [10] Vũ Gia Hanh – Phan T Th - Trần Khánh Hà - Nguy n Văn S u 2009 “M y điện I,” Nxb Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, p 2009 Tiếng Anh [11] BB 2012 “Short Circuit withstand capa ility,” Transformer for reliable power quality, pp 1–58 [12] dly 2001 “Computation of Inrush Current Forces on Transformer Windings,” IEEE Transactions on Magnetics, vol 37, no 4, pp 2855–2857 [13] Ahmad Ashfaq, Iqra Javed, Waseem Nazar 2013 “Short Circuit Stress Calculation in Power Transformer Using Finite Element Method on High Voltage Winding Displaced 114 Vertically,” International Journal of Emerging Technology and Advanced Engineering, vol 3, no 11 [14] Allahbakhsi M., K A aszadeh, k ari 2005 “Effect of asymmetrical dimensions in short circuit forces of power transformers,” IEEE International Conference on Electrical Machines and Systems, vol 3, no 1, pp 1746–1749 [15] nalysis Electromechanical 2011 “ nsys Maxwell 3D 14,” User’s guide - Maxwell 3D, vol 14, p 1011 [16] Azevedo A C De, A C Delaiba, J C De Oliveira, B C Carvalho, H De S Bronzeado 2007 “Transformer mechanical stress caused y external short-circuit : a time domain approach,” Presented at the International Conference on Power Systems Transients (IPST’07) in Lyon, France, June 4-7, pp 1–6 [17] Bahmani Mohammad 2011 “Core Loss Calculation in morphous High Frequency High Power Transformers with Different Topologies,” Master of Science Thesis in Electric Power Engineering - Chalmers university of technology - Sweden, pp 1–65 [18] Barry W Kennedy 1988 “Energy Efficient Transformers.” pp 127–146, 1988 [19] Behjat V., Vahedi 2011 “Numerical modelling of transformers interturn faults and characterising the faulty transformer behaviour under various faults and operating conditions,” IET Electric Power Applications, ISSN 1751-8660, vol 5, no 5, pp 415– 431 [20] Benedito Antonio Luciano - M E Morais - C.S Kiminami (1999) “Single phase 1kVA amorphous core transformer: design, experimental tests, and performance after annealing,” IEEE Transactions on Magnetics, vol 35, no 4, pp 2152–2154 [21] C A Worth (1998) The J&P Transformer Book Elsevier Science Ltd: Oxford, p 832 [22] Constantin V Bălă - lexandru M Morega 2011 “ High Short-Circuit Impedance Electrical Transformer,” 2011 The 7th international Symposium on Advanced Topics in Electrical Enggineering, vol IEEE, pp 1–4 [23] COPPER Ltd 2011 “Energy Efficient Transformers,” Technical Study Report, pp 1– 52 [24] Christophe Elleau - Malick Mouhamad - Olivier Génin - Bertrand Jarry (2010) “ morphous Materials nd Energy Efficient Distri ution Transformers,” CIRED Workshop, Universud – France, no 0031, pp 1–3 [25] Christophe ELLE U, Mouhmamad Malick, Jarry Bertrand 2011 “ morphous distri ution transformers trial test campaign,” 21 st International Conference on Electricity Distribution, vol 2, no 0227, pp 1–3 115 [26] Decristofaro Nicholas 2002 “ morphous Metals in Electric-Power Distribution pplications,” vol 23, no 5, pp 50–56 [27] Faiz Jawad, B M Ebrahimi, Wejdan Abu-Elhaija 2011 “Computation of static and dynamic axial and radial forces on power transformer windings due to inrush and short circuit currents,” 2011 IEEE Jordan Conference on Applied Electrical Engineering and Computing Technologies (AEECT), pp 1–8 [28] Faiz Jawad, Bashir Mahdi E rahimi, Tahere Noori 2008 “Three- and TwoDimensional Finite-Element Computation of Inrush Current and Short Circuit Electromagnetic Forces on Windings of a Three-Phase Core-Type Power Transformer,” IEEE Transactions on Magnetics, ISSN 0018-9464, vol 44, no 5, pp 590–597 [29] Feyzi M Reza, M Sa ahi 2008 “Finite element analyses of short circuit forces in power transformers with asymmetric conditions,” 2008 IEEE International Symposium on Industrial Electronics, no 1, pp 576–581 [30] G Segers - A Even -M.Desinedt 1997 “ morphous Core Transformers: Behaviour in Particular Network Conditions and Design Comparisons,” no 438, pp 2–5 [31] Gerard Meunier (2008) The Finite Element Methods for Electromagnetic Modeling, John Wiley London, p 618 [32] Haifeng Zhong – WenhaoNiu - Tao Lin - Dong Han - Guo qiang Zhang 2012 “The Analysis of Short-Circuit Withstanding Ability for A 800KVA/10KV Shell-Form Power Transformer with morphous lloy Cores,” 2012 IEEE International Conference on Electricity Distribution (CICED), no 2161–7481, pp 1–5 [33] Hajiaghasi Salman, Karim aszadeh 2013 “ nalysis of Electromagnetic Forces in Distribution Transformers Under Various Internal Short-Circuit Faults,” CIRED Regional - Iran, Tehran, vol 13–14, pp 1–9 [34] Harry W NG, Ryusuke Hasegawa, Lee Albert, Larry A Lowdermilk (1991) “ morphous lloy Core Distri ution Transformers,” Proceedings of the IEEE, vol 79, no 11, pp 1608–1623 [35] Hitachi industrial Equiqment systems Co.Ltd 2005 “Hitachi Transformers,” http://www.hitachi-ies.co.jp/english/, pp 1–10 morphous [36] Ho S L., Y Li, H C Wong, S H Wang, R Y Tang, Abstract The, A Electromagnetic Field Equations 2004 “Numerical Simulation of Transient Force and Eddy Current Loss in a 720-MV Power Transformer,” vol 40, no 2, pp 687–690 [37] Hyun Mo Ahn - Byuk-jin Lee - Cheri-jin Kim - Heung-kyo Shin - Sung-chin Hahn 2012 “Finite Element Modeling of Power Transformer for Short-circuit 116 Electromagnetic Force nalysis,” International conference on Electrical Machines and Systems, vol 15, pp 5–8 [38] Hyun-mo Ahn - Ji-yeon Lee, - Joong-kyoung Kim, Yeon-ho Oh - Sang-yong Jung 2011 “Finite-Element Analysis of Short-Circuit Electromagnetic Force in Power Transformer,” IEEE Transactions on Industry Applications, vol 47, no 3, pp 1267– 1272 [39] Hyun-mo Ahn - Yeon-ho Oh, - Joong-kyoung Kim - Jae-sung Song - Sung-chin Hahn 2012 “Experimental Verification and Finite Element nalysis of Short-Circuit Electromagnetic Force for Dry-Type Transformer,” IEEE Transactions on Magnetics, vol 48, no 2, pp 819–822, February [40] J Y Lee - H.M Ahn -J K Kim, - Y H.Oh - S C Hahn 2009 “Finite element analysis of short circuit electromagnetic force in power transformer,” 2009 International Conference on Electrical Machines and Systems, no 4, pp 1–4 [41] James H Harlow (2004) Electric Power Transformer Engineering pp 1– 481 [42] Jerry C F Li 2001 “Use of Energy Efficient Transformers in Hong Kong, pp 2–4 [43] Jerry Li 2011 “ morphous Metal Transformer in Kong, pp 1–55 sia,” 255 King’s Road, sia,” Project Media Ltd Hong [44] K Zakrzewski, B Tomczuk, D Koteras 2002 “Simulation of Forces and 3D Field rising During Power utotransformer Fault Due to Electric rc in HV Winding,” IEEE Trans on Magn., New York, USA, vol 38, no 2, pp 1153–1156 [45] Kum har G B., S V Kulkarni 2007 “ nalysis of Short-Circuit Performance of SplitWinding Transformer Using Coupled Field-Circuit pproach,” IEEE Transactions on Power Delivery, vol 22, no 2, pp 936–943 [46] Lenke R U., S Rohde, F Mura, R W De Doncker 2009 “Characterization of amorphous iron distribution transformer core for use in high-power medium-frequency applications,” 2009 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition, pp 1060– 1066 [47] Li Deren, Liang Zhang, Guangmin Li, Zhichao Lu, Shaoxiong Zhou 2012 “Reducing the core loss of amorphous cores for distri ution transformers,” Progress in Natural Science: Materials International, vol 22, no 3, pp 244–249 [48] Lin D., P Zhou, W N Fu, Z Badics, Z J Cendes 2004 “ Dynamic Core Loss Model for Soft Ferromagnetic and Power Ferrite Materials in Transient Finite Element nalysis,” IEEE Transactions on Magnetics, vol 40, no 2, pp 1318–1321 117 [49] LUPI S 1987 “The application of amorphous magnetic alloys in induction heating medium-frequency transformers,” vol 23, no 5, pp 3026–3028 [50] M de Nigris * , R Passaglia, R Berti ; L Bergonzi R Maggi BB T D Div Trasformatori 2004 “ pplication of Modern Techniques for the Condition ssessment of Power Transformers,” pp 1–12 [51] Madin B., J D Whitaker, ssociate Mem er 1963 “The dynamic ehaviour of a transformer winding under axial short-circuit forces An experimental and theoretical investigation,” vol 110, no [52] Mahomed Nadim 2011 “Electromagnetic forces in transformers under short circuit conditions,” no March, p 36 [53] Marcel Dekler “Transformer_Engineering_-_Design_and_Practice - Chapter 6: Short Circuit Stresses and Strength,” no year 2000, pp 231–275 [54] Markus Zahn 2005 “Electromagnetic Field Theory Text ook, Chapter 5: The Magnetic Field,” pp 313–392 [55] Materials Magic - Hitachi Metals 2014 “ morphous Metglas, Inc lloys for Transformer Cores,” [56] Matsuki H., H Takada, K Murakami, T Yamamoto 1992 “ Study on Suita le Shapes of the Cloth Transformers for Reducing Power Loss,” IEEE Translation Journal on Magnetics in Japan, vol 7, no 6, pp 479–483 [57] Milos Stafl 1967 “Electrodynamics of Electrical Machines,” Academia, publishing house of the czechoslovak academy of sciences, Prague, pp 1–183 [58] Moses J 2002 “Iron-based amorphous ribbon – challenges and opportunity for power applications,” Journal of Optoelectronics and Advanced Materials, vol 4, no 2, pp 231–236 [59] Mouhamad Malick, Christophe Elleau, Frédéric Mazaleyrat, Christian Guillaume, Bertrand Jarry 2011 “Short-Circuit Withstand Tests of Metglas 2605SA1-Based,” IEEE Transactions on Magnetics, vol 47, no 10, pp 4489–4492 [60] Neves W., D Fernandes, F J a Baltar, a J P Rosentino, E Saraiva, a C Delaiba, R Guimaraes, M Lynce, J C De Oliveira 2011 “ comparative investigation of electromechanical stresses on transformers caused by inrush and short-circuit currents,” 11th International Conference on Electrical Power Quality and Utilisation, pp 1–6 [61] Pan-Seok Shin - Jinhee Lee 1997 “Magnetic Field nalysis of morphous Core Transformer Using Homogenization Technique,” vol 33, no 2, pp 1808–1811 118 [62] Quan Yu-sheng, Jiang Shan 2011 “Mechanical forces and magnetic field simulation of transformer with finite element method,” 2011 Second International Conference on Mechanic Automation and Control Engineering, pp 1390–1393 [63] R.P.P Smeets - A.G.A.Lathouwers 2009 “Short-Circuit withstand of T & D Components,” Kema T&D testing Services The Netherlands, pp 1–12 [64] R.P.P smeets - L.H.TE Paske - P.P Leufkens - T.Fogelnerg 2009 “Thirteen years Test Experience with Short-Circuit withstand Capability of Large Power Transformers,” Conference Southern Africa Regional, pp 1–7 [65] Ros W J., T M Taylor, H Ng 1993 “ morphous Metal transformer cores save energy and capacity investment,” Electricity Distribution, 1993 CIRED 12th International Conference on, vol 5, pp 5.24/1 – 5.24/4 [66] Salman Muhammad, slam Minhas 2007 “Dynamic Behaviour of Transformer Winding under,” no Novem er [67] Sharifian M B B., R Esmaeilzadeh, M Farrokhifar, J Faiz, M Ghadimi, G Ahrabian 2008 “Computation of a Single-phase Shell-Type Transformer Windings Forces Caused by Inrush and Short-circuit Currents,” Journal of Computer Science, vol 4, no 1, pp 51–58 [68] Sieradzki Stefan, R Roman, M Soinski 1998 “ pparent core losses and core losses in five-lim amorphous transformer of 160 kV ,” IEEE Transactions on Magnetics, vol 34, no 4, pp 1189–1191 [69] Steinmetz Thorsten, Bogdan Cranganu-Cretu, Jasmin Smajic 2010 “Investigations of no-load and load losses in amorphous core dry-type transformers,” The XIX International Conference on Electrical Machines - ICEM 2010, pp 1–6 [70] Takagi Masaaki - Yamaji Kenji - Yamamoto Hiromi 2008 “ n Evaluation of morphous Transformer using Load Curve Pattern Model for Pole Transformer,” The International Conference on Electrical Engineering 2008, no 1, pp 1–6 [71] Tomczuk B., K Zakrzewski, D Koteras 2003 “Magnetic Field and Short-Circuit Reactance Calculation of the 3-phase Transformer with Symmetrical Amorphous Core,” International Symposium on Electromagnetic Fields in Electrical Engineering ISEF 2003 – 11th, pp 227–230 [72] Tomczuk B., D Koteras 2011 “Magnetic flux distri ution in the amorphous modular transformers,” Journal of Magnetism and Magnetic Materials, vol 323, no 12, pp 1611–1615 119 [73] Tomczuk* Bronisław, Dariusz Koteras 2008 “Influence of the air gap etween coils on the magnetic field in the transformer with amorphous modular core,” vol 28, no 62, pp 1–5 [74] Wang F H., Z J Jin 2011 “Using the vi ration frequency response analysis method to detect the winding deformation of power transformer,” 2011 IEEE Power and Energy Society General Meeting, pp 1–6 [75] Wang Shishan - Liu Zeyuan - Li Yanming - Guo Yinna - Gao Hong (2006) “Calculation of Short-circuit Mechanical Strength for Powerformer ’ TM,” 2006 International Conference on Power System Technology, vol 00, pp 1–6 [76] Wang Yinshun, Xiang Zhao, Junjie Han, Shaotao Dai, Liye Xiao, Liangzhen Lin 2007 “ c losses and mechanical sta ility in 630 kV three-phase HTS transformer windings,” Superconductor Science and Technology, vol 20, no 5, pp 463–473 [77] Wang Yinshun, Xiang Zhao, Junjie Han, Huidong Li, Ying Guan, Qing Bao, Liye Xiao, Liangzhen Lin, Xi Xu, Naihao Song, Fengyuan Zhang 2007 “Development of a 630 kVA Three-Phase HTS Transformer With morphous lloy Cores,” IEEE Transactions on Applied Superconductivity, vol 17, no 2, pp 2051–2054 [78] Watts G B., B Sc, ssociate Mem er 1963 “ mathematical treatment of the dynamic behaviour of a power-transformer winding under axial short-circuit forces,” Proceedings of the IEEE, vol 110, no 3, pp 551–560 [79] Winders John J (2002) Transformers Principles and Applications p 286 [80] Z H Li and J H Zhu 2008 “Development and pplication of morphous and Nanocrystalline lloys in China and in Vietnam,” Central Iron and Steel Research Institute Advanced Technology and Materials Co., Ltd, pp 1–68 [81] Zakrzewski K., B Tomczuk, D Koteras 2009 “ morphous modular transformers and their 3D magnetic fields calculation with FEM,” The International Journal for Computation and Mathematics in Electrical and Electronic Engineering, vol 28, no 3, pp 583–592 [82] Zhang Haijun, Bin Yang, Weijie Xu, Shuhong Wang, Guolin Wang, Youpeng Huangfu, Jingyin Zhang 2013 “Dynamic Deformation nalysis of Power Transformer Windings in Short Circuit Fault y FEM,” vol 1653430, no c, pp 3–6 120 PHỤ LỤC Phụ lục 1: Đƣờng cong từ hóa B(H) thép VĐH 2605SA1 H A/m B Tesla Mur 0,0 0,000 150000 3,9 1,273 260499 0,5 0,111 191957 4,0 1,280 254045 0,9 0,259 231430 4,1 1,286 247466 1,3 0,424 265934 4,3 1,292 241014 1,6 0,576 292986 4,4 1,297 234887 1,8 0,689 310920 4,5 1,302 229196 1,9 0,758 321359 4,6 1,306 223864 1,9 0,795 326743 4,8 1,311 218792 2,0 0,814 329512 4,9 1,315 213899 2,0 0,829 331711 5,0 1,321 209119 2,0 0,844 333785 5,2 1,326 204385 2,0 0,858 335783 5,3 1,332 199636 2,1 0,873 337753 5,5 1,338 194825 2,1 0,887 339727 5,6 1,344 189915 2,1 0,901 341665 5,8 1,350 184890 2,1 0,915 343510 6,0 1,356 179742 2,1 0,927 345205 6,2 1,362 174470 2,2 0,939 346713 6,4 1,368 169104 2,2 0,949 348068 6,7 1,373 163755 2,2 0,959 349607 6,9 1,378 158532 2,2 0,969 351246 7,2 1,383 153514 2,2 0,980 352939 7,4 1,387 148740 2,2 0,991 354593 7,7 1,391 144164 2,2 1,002 356104 7,9 1,394 139731 2,3 1,013 357366 8,2 1,397 135402 2,3 1,025 358277 8,5 1,400 131152 2,3 1,037 358725 8,8 1,403 126996 2,3 1,048 358601 9,1 1,406 122951 2,4 1,059 357808 9,4 1,409 119031 2,4 1,070 356310 9,7 1,412 115246 2,4 1,080 354283 10,1 1,415 111601 121 2,5 1,090 351944 10,4 1,418 108095 2,5 1,100 349495 10,8 1,420 104726 2,5 1,110 347048 11,1 1,421 101475 2,6 1,119 344415 11,5 1,423 98281 2,6 1,129 341353 13,9 1,430 81994 2,7 1,138 337652 14,5 1,431 78764 2,7 1,148 333222 15,1 1,432 75610 2,8 1,158 328345 22,0 1,442 52274 2,9 1,167 323351 27,6 1,447 41702 2,9 1,176 318526 30,4 1,449 37978 3,0 1,185 314043 31,9 1,450 36209 3,1 1,194 309793 57,2 1,461 20332 3,1 1,202 305619 59,8 1,462 19460 3,2 1,210 301384 62,5 1,463 18642 3,3 1,219 296990 82,8 1,468 14102 3,3 1,227 292418 87,6 1,468 13338 3,4 1,235 287669 96,8 1,468 12068 3,5 1,243 282749 112,8 1,468 10357 3,6 1,251 277645 137,1 1,468 8522 3,7 1,259 272283 168,2 1,468 6946 3,8 1,266 266585 203,8 1,468 5732 122 Phụ lục 2: Biên kiểm tra xuất xƣởng máy biến áp lõi thép vô định hình, công suất 630kVA -22/0,4kV 123 124 [...]... thước hợp lí của bán kính cong dây quấn theo đ tăng của ứng suất lực là các nghiên cứu cần được thực hiện Do đó, luận n: Nghiên cứu lực ngắn mạch tổng hợp tác dụng lên dây quấn máy biến áp khô bọc epoxy sử dụng lõi thép vô định hình được đặt ra là cần thiết và có ý ngh a quan trọng trong giai đoạn hiện nay 2 Mục tiêu, đối tƣợng, phƣơng pháp và phạm vi nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu  Xây dựng mô hình. .. dạng dây quấn gây ra bởi lực hướng tr c [50] 31 Hình 2.7 Biến dạng dây quấn gây ra bởi lực hướng kính [60] 31 Hình 2.8 Uốn cong của dây quấn [63,64] 31 Hình 2.9 Các thành phần của từ cảm tản và lực điện từ tác d ng lên dây quấn MBA 31 Hình 2.10 Lực điện từ hướng kính của dây quấn đồng t m đối xứng 32 Hình 2.11 Lực dọc tr c của dây quấn đồng t m không đối xứng 33 Hình 2.12... trình nghiên cứu tính toán ứng lực, truyền nhiệt, phân bố c ch điện cũng như t nh to n, thiết kế, công nghệ chế tạo để áp d ng vào thực tế sản xuất trong nước 1.6 Nghiên cứu lực điện từ ở máy biến áp lõi silic Về vấn đề lực điện từ tác d ng lên dây quấn MBA có lõi thép silic, trên thế giới đã có nhiều tác giả nghiên cứu đề cập và được liệt k sau đ y: Năm 2001, dly đã tính toán lực tác d ng lên dây quấn. .. đều trong lớp epoxy và ứng suất do chênh lệch nhiệt đ giữa dây quấn và lớp epoxy Đối tượng nghiên cứu MBA khô bọc epoxy có hình dạng dây quấn hình chữ nhật s d ng lõi thép bằng vật liệu VĐH 3 Phạm vi nghiên cứu  Tập trung vào xây dựng mô hình toán của từ trường tản trong c a sổ mạch từ MBA với từ thế vectơ A Giải mô hình toán và tính ứng suất lực trên dây quấn trong điều kiện MBA bị ngắn mạch 3 pha... khi MBA bị ngắn mạch sự cố (tức là MB đang làm việc với điện p sơ cấp định mức Uđm, phía đầu cực thứ cấp xảy ra ngắn mạch) , lúc này toàn b điện p định mức đặt lên tổng trở ngắn mạch rất nhỏ của MB n n d ng điện ngắn mạch qu đ sẽ rất lớn Trong các trường hợp ngắn mạch thì trường hợp ngắn mạch 3 pha đối xứng có trị số d ng điện ngắn mạch lớn hơn trường hợp ngắn mạch không đối xứng Do vậy, lực điện từ... dây quấn Kết quả giúp cho sự lựa chọn hợp lí giữa bán kính cong dây quấn theo hệ số gia tăng của ứng suất lực Ứng suất tác d ng vào dây quấn MBA khô, tẩm c ch điện epoxy là tổng xếp chồng ứng suất do lực điện từ; ứng suất do đ chênh lệch nhiệt đ giữa dây quấn và epoxy; và ứng lực do phân bố nhiệt đ không đồng đều ở lớp epoxy Do đó, phần cuối của luận án đã tính toán ứng suất tổng hợp tác d ng lên dây. .. Tỉ số biến áp  Toán t Napla Δ Toán t Laplace MBA Máy biến áp VĐH Vô định hình MB VĐH Máy biến p lõi th p vô định hình HA Hạ áp CA Cao áp PTHH Phần t hữu hạn FEM Finite Element Method AAT Amorphous Asymmetrial Transformer AST Amorphous Symmetrial Transformer x DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ Trang Hình 1.1 Máy biến p khô đúc ằng nhựa epoxy [8] 7 Hình 1.2 Khả năng chống cháy cu n d y đúc epoxy; ... chưa ngắn mạch 73 Hình 4.14 Điện p C định mức 74 Hình 4.15 Điện p H định mức 74 Hình 4.16 D ng điện C định mức 74 Hình 4.17 D ng điện H định mức 74 Hình 4.18 Tổn hao không tải MBA 75 Hình 4.19 Tổn hao ngắn mạch của MBA 75 Hình 4.20 D ng điện ngắn mạch trên cu n CA 76 Hình 4.21 D ng điện ngắn mạch trên cu n HA 76 Hình. .. trong c ch điện rắn thì công nghệ chế tạo cu n dây loại máy này phức tạp hơn nhiều, đ i hỏi yêu cầu kỹ thuật cao hơn Hình 1.1 là loại MBA khô có cu n d y đúc trong epoxy Hình 1.1 Máy biến áp khô đúc bằng nhựa epoxy [8] 1.2.3 Ưu nhược điểm của máy biến áp dầu và máy biến áp khô 1.2.3.1 Máy biến áp dầu a Ưu điểm: + Chế tạo đơn giản, giá thành rẻ hơn so với MBA khô cùng loại + Dầu MBA có khả năng c ch điện... ứng suất ở dây quấn khi MBA khô bị ngắn mạch, cần xét thêm các ứng suất thành phần như: (1) Ứng suất gây ra do phân bố nhiệt đ không đồng đều trong lớp epoxy (2) Ứng suất do chênh lệch nhiệt đ giữa dây quấn và lớp epoxy (3) Ứng suất sẵn có giữa lớp epoxy và dây quấn Vì vậy, lời giải cho bài toán nghiên cứu lý thuyết, tính toán về lực điện từ, ứng suất nhiệt tác d ng lên dây quấn MBA khi ngắn mạch và k ... thnh phn nh: (1) ng sut gõy phõn b nhit khụng ng u lp epoxy (2) ng sut chờnh lch nhit gia dõy qun v lp epoxy (3) ng sut sn cú gia lp epoxy v dõy qun Vỡ vy, li gii cho bi toỏn nghiờn cu lý thuyt,... ng sut nhit, ú l: ng sut gõy phõn b nhit khụng ng u lp epoxy v ng sut chờnh lch nhit gia dõy qun v lp epoxy i tng nghiờn cu MBA khụ bc epoxy cú hỡnh dng dõy qun hỡnh ch nht s d ng lừi thộp bng... tỏc d ng vo dõy qun MBA khụ, tm c ch in epoxy l tng xp chng ng sut lc in t; ng sut chờnh lch nhit gia dõy qun v epoxy; v ng lc phõn b nhit khụng ng u lp epoxy Do ú, phn cui ca lun ỏn ó tớnh