Thiết kế máy biến áp thử nghiệm

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm  Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm LỜI MỞ ĐẦU Máy biến áp biến đổi cảm ứng đơn giản dùng để biến đổi dòng điện xoay chiều từ điện áp thành dòng điện xoay chiều khác có điện áp khác Các dây quấn mạch từ đứng yên trình biến đổi từ trường để sinh sức điện động cảm ứng dây quấn thực dây cáp điện Máy biến áp ngày sử dụng nhiều lĩnh vực Như máy biến áp lò, máy biến áp hàn, máy biến áp đo lường, máy biến áp thử nghiệm… Máy biến áp thử nghiệm tạo nguồn điện áp cao thiết bị chủ yếu phòng thử nghiệm Máy thử nghiệm thiết bị cao áp, thành phần kết cấu, cấu trúc cách điện, dùng đo lường Máy vận hành nhà kín ngồi trời Phòng thử nghiệm cao áp với nguồn điện khác (như xoay chiều, chiều, điện áp xung…) có nhiệm vụ xác định độ bền cách điện xác định khuyết tật (như phóng điện cục bộ) điều kiện thử nghiệm (nhiệt độ, độ ẩm, áp suất…) mơi trường định (ăn mòn) tương ứng với điều kiện làm việc thiết bị kết cấu cách điện vận hành Ngồi sau sửa chữa kiểm tra tra định kỳ phải thử nghiệm lại vị trí làm việc thiết bị Nhận thức vai trò tầm quan trọng máy biến áp thử nghiệm, em thực đề tài thiết kế máy biến áp cao áp dùng để thử nghiệm thiết bị điện Đề tài trình bày thành sáu chương: Chương I: Tìm hiểu máy biến áp cao áp Chương II: Tìm hiểu công nghệ chế tạo máy biến áp cao áp Chương III: Các phương án dây quấn Chương IV: Tính tốn lõi thép dây quấn Chương V: Tính tốn tham số Chương VI: Tính mạch bảo vệ, đo lường, điều khiển Do hiểu biết thực tế thời gian có hạn nên khố luận khơng thể tránh sai sót, mong nhận ý kiến thầy, cô bạn để khố luận em hồn thiện Xin chân thành cảm ơn thầy cô môn thiết bị điện – điện tử , khoa điện – Trường đại học bách khoa Hà Nội nhiệt tình giảng dạy giúp đỡ em học tập tốt thời kỳ làm đồ án tốt nghiệp Em xin chân thành cảm ơn thầy Chu Đình Khiết trực tiếp hướng dẫn bảo em để hồn thành đồ án tốt nghiệp Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm Chương TÌM HIỂU VỀ MÁY BIẾN ÁP CAO ÁP I Nguyên lý cấu tạo thử nghiệm cao áp: Thơng thường phòng thử nghiệm (môi trường thử nghiệm) điện áp cao trang bị hồn chỉnh, phục vụ tốt cho công tác nguyên cứu chế tạo thiết bị điện cao áp gồm thành phần hình vẽ sau: Hệ thống thử nghiệm gồm thiết bị sau: 1-Thiết bị thử nghiệm điện áp tăng cao tần số công nghiệp thiết bị phụ trợ kèm - Thiết bị thử nghiệm điện áp chiều - Thiết bị thử nghiệm điện áp xung - Thiết bị thử nghiệm điện áp dòng xung - Các thiết bị tạo môi trường, điều kiện thử nghiệm, thiết bị phục vụ khác công tác thử nghiệm tốt… Ta xét kỹ ba thiết bị đầu có sử dụng máy tạo điện áp cao để thử nghiệm Hệ thống dịch chuyển Tạo điều kiện thử nghiệm Nguồn cao áp Hệ thống cung cấp Hệ thống thử nghiệm Hệ thống nối đất Đối tượng thử nghiệm Hệ thống đo lường, điều khiển Hệ thống bảo vệ Hình 1.1 Mơi trường thử nghiệm cao áp Thiết bị thử nghiệm điện áp tăng cao tần số công nghiệp: Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm Thiết bị dùng để thử nghiệm cách điện thiết bị điện Việc thử nghiệm thiết bị kết cấu cách điện điện áp tăng cao tần số công nghiệp cho phép xác định khuyết tật làm giảm độ bền điện tuổi thọ thiết bị mà phương pháp khác không xác định Thử nghiệm biện pháp để xác định dự trữ độ bền cách điện thiết bị điều kiện nhà máy chế tạo nơi sử dụng Vì thiết bị cấp điện áp 35 kV chịu thử nghiệm vận hành, thiết bị cấp điện áp cao thử nghiệm điều kiện phòng thử nghiệm Nguồn điện áp thử nghiệm cần phải đảm bảo điện áp đặt lên đối tượng thử nghiệm, xác định dòng ngắn mạch chọc thủng phóng điện bề mặt đối tượng thử nghiệm không nhỏ (A) Khi thử nghiệm cách điện bên bên ngồi trạng thái khơ, cho phép sử dụng thiết bị có dòng ngắn mạch nhỏ hơn, khơng nhỏ 0,3 (A) Thời gian thử nghiệm cách điện bên giấy dầu, chất lỏng, sứ điện áp xoay chiều phút dạng điện áp khác cấp điện áp 220 (kV) trở xuống làm từ vật liệu cách điện hữu cơ, cách điện cáp điện phút Cách điêïn bên ngồi chịu trì điện áp thử nghiệm xoay chiều không quy định Theo quy định thử nghiệm việc nâng điện áp từ không đến giá trị 1/ trị số điện áp thử nghiệm thực với tốc độ tuỳ ý đọc số dụng cụ đo Sau điện áp tăng nhanh đến điện áp thử nghiệm, đạt giá trị xác định phải giữ khơng đổi thời gian thử nghiệm, ý điện áp cao ¾ điện áp thử nghiệm cần phải đảm bảo khả cắt nhanh thiết bị thử Việc giảm điện áp phải nhanh trơn đều, điện áp nhỏ 1/3 điện áp thử nghiệm cho phép cắt điện Độ lệch tần số so với định mức không vượt 10% (tức khoảng (45 ÷ 55) Hz) Các sóng hài bậc cao làm biến dạng diện áp thử nghiệm so với hình sin tồn thiết bị thử nghiệm không vượt qúa 5% Giá trị hiệu dụng điện áp thử nghệm cho loại cách điện cấp điện áp định mức thay đổi giới hạn rộng từ 3÷5 (kV) thử cách điện nguồn dây điện áp thấp, 1,2 (MV) thử cách điện ngồi pha thiết bị cấp điện áp 500 kV cao Sơ đồ khối thiết bị thử nghiệm điện áp tăng cao tần số cơng nghiệp hình vẽ: R1 N R2 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm Hình1.2 Sơ đồ khối thử nghiêm điện áp xoay chiều tần số công nghiệp Bộ điều chỉnh dùng để điều chỉnh biên độ, tần số pha điện áp đưa vào cuộn sơ cấp nguồn cao áp Trong trường hợp đơn giản máy biến áp tự ngẫu điều chỉnh pha Trong trường hợp phức tạp ngồi điều chỉnh biên độ đòi hỏi phải chỉnh tần số cần có máy phát điện kiểu máy phát có hệ thống khởi động, điều khiển điều chỉnh tần số quay Thiết bị đo lường đo điện áp sơ cấp Nguồn điện áp cao Đối tượng thử nghiệm Thiết bị đo điện áp cao Bộ phóng điện đo lường, có điện áp chọc thủng cao (10 ÷ 20)% điện áp thử nghiệm để ngăn ngừa việc đưa điện áp cao vào đối tượng thử nghiệm R1, R2 - điện trở hạn chế dòng điện chọc thủng đối tượng thử nghiệm phóng điện bề mặt giá trị không nguy hiểm cho vùng cao áp Nguồn cao áp máy biến áp tăng áp, máy biến áp nối cấp mạch cộng hưởng u cầu máy khơng có phóng điện cục bợ thân máy biến áp điện áp thử nghiệm, sóng hài làm biến dạng điện áp nhỏ không vượt (2 ÷ 2,5)% thành phần Để tạo điện áp cao 105 (kV) cấu trúc máy biến áp trở nên phức tạp, tránh xuất cộng hưởng tạo điện cảm riêng điện cảm tản tới điện dung cuộn dây nối với góp đối tượng Để tạo điện áp cao nối cấp máy biến áp Công suất máy biến áp thử nghiệm phụ thuộc vào công suất tích điện thiết bị thử nghiệm xác định theo điện dung chúng với điện áp thử nghiệm P = W.C.U2 10-9 (kVA) Với C – điện dung đối tượng thử nghiệm W – tần số góc (1/ sec) U2 – điện áp thử nghiệm (kV) Khi điện áp thử nghiệm nhỏ điện áp định mức máy biến áp thử nghiệm phụ tải bị hạn chế dòng định mức chạy qua cuộn dây công suất máy biến áp là: U dm P = It.Uđm = Pt Ut Với It - dòng thử nghiệm (A) Pt - phụ tải thử nghiệm (kVA) Ut - điện áp thử nghiệm đối tượng (kV) Uđm - điện áp định mức cuộn dây thứ cấp máy biến áp thử nghiệm (kV) Khi khơng có máy biến áp thử nghiệm đặc biệt sử dụng máy biến áp khác máy biến điện áp Khi cuộn dây cao áp mắc nối tiếp, Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm dòng từ hố khơng vượt q giá trị cho phép điều kiện đốt nóng Điện áp nhận từ đầu cuộn dây cao áp máy biến điện áp thử nghiệm khơng q 90% trị số điện áp xác định nhà máy chế tạo Vì máy biến áp thử nghiệm sử dụng phụ tải chúng khoảng thời gian ngắn, nên năm gần đây, chúng thiết kế có tính đến chế độ đốt nóng q trình thử nghiệm Khi cho phép dòng phụ tải lớn so với dòng định mức ÷ 2,5 lần có dẫn riêng, cần ý đến làm lạnh lần thử nghiệm Sơ đồ nguyên lý thử nghiệm cách điện thiết bị diện điện áp xoay chiều tần số công nghiệp hình vẽ 1.3 1- Thiết bị điều chỉnh (biến áp tự ngẫu) 2- Máy biến áp thử nghiệm 3- Điện trở hạn chế 4- Máy biến áp đo lường 5- Điện trở 6- Bộ phóng điện cầu - Đối tượng thử nghiệm Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý thử nghiệm cách điện thiết bị điện điện áp xoay chiều tần số công nghiệp A1, A2 đồng hồ ampemet V1, V2 , V3 - đồng hồ vonlmet KV- đồng hồ kilovonmet Khi thử nghiệm cách điêïn đối tượng có điện dung thân lớn (các cuộn dây máy phát công suất lớn, cáp…) giảm độ lớn cơng suất thiết bị thử nghiệm sử dụng bù dòng điện dung Để nhâïn dược công suất đủ lớn sử dụng cách mắc song song số máy biến áp, chia góp thành đoạn thực thử nghiệm theo pha, biện pháp làm giảm giá trị điện dung đồng thời cách điện thử nghiệm Khi khơng có máy biến áp với điện áp thử nghiệm u cầu thực mắc nối tiếp với máy biến áp vẽ 4.1 2 1 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm Hình1.4 Sơ đồ nối cuộn dây máy biến áp thử nghiệm 1,2 - máy biến áp thử nghiệm Thiết bị thử nghiệm điện áp cao chiều: Thiết bị dùng thử nghiệm nghiên cứu trình phóng điện chọc thủng, phóng điện bề mặt… môi trường cách điện kết cấu cách điện khác Một số thiết bị dòng xoay chiều nguyên nhân kỹ thuật thử nghiệm điện áp xoay chiều cáp chứa đầy khí, cáp có cách điện dầu… phải thử nghiệm điện áp chiều Nguồn điện chiều sử dụng để làm cháy chổ bị đánh thủng, chổ yếu cáp sau tìm chổ hỏng thay Nguồn điện chiều cao áp thường là: nguồn chỉnh lưu, mạch nhân áp máy phát tĩnh điện Điện áp chọc thủng chiều có giá trị cao điện áp xoay chiều 1- Nguồn ổn định 2- Bộ chỉnh điện áp 3- Máy biến áp thử nghiệm 4- Tụ san phẳng 5- Điện trở hạn chế dòng điện 6- Đồng hồ đo điện áp cao (kV) 7- Đối tượng thử nghiệm 8- Bộ phóng điện 9- Chỉnh lưu 10 – Đồng hồ microampenmetre ~ V 10 6 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm Hình 1.5 Sơ đồ khối thiết bị thử nghiệm dùng chỉnh lưu chu kỳ Lĩnh vực sử dụng sơ đồ phụ thuộc cấp cách điện, đối tượng thử nghiệm, thông số thiết bị thử nghiệm, thiết bị chỉnh lưu Chỉnh lưu hai chu kỳ khơng có ưu việt lớn mà thiết bị lại phức tạp nên không phổ biến Để nhận điện áp thử nghiệm chiều lớn người ta thường sử dụng sơ đồ nhân điện áp sau: Đây nguồn điện chiều, điện áp cao công suất nhỏ, phụ tải nối với đầu qua điện trở phụ để giảm nhảy vọt dòng tụ điện tầng phóng điện bề mặt nối trực tiếp Điện áp nhận từ đến 3÷ MV - Máy biến áp thử nghiệm - Đối tượng thử nghiệm C C ~ D1 C D2 D3 D4 C5 C Hình 1.6 Sơ đồ nhân điện áp Thiết bị thử nghiệm điện áp xung(máy phát điện áp xung) Việc thử nghiệm cách điện thiết bị điện điện áp xung nhằm kiểm tra độ bền vững điện áp sét điện áp thao tác xuất lưới điện vận hành Quá điện áp sét xuất sét đánh vào đường dây chống sét, cột điện, dây dẫn đường dây truyền tải, cách điện đường dây chịu tác dụng xung điện áp khơng chu kỳ có cực tính dương âm Trên thiết bị điện trạm bảo vệ phóng điện (chống sét ống, khe hở phóng điện…) xung có dạng xung cắt sau đạt Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm giá trị cực đại Xuất phát từ xác suất hư hỏng điện áp, xung sét tiêu chuẩn không chu kỳ 1,2/50 (às) cú di u súng Êùị = 1,2 ± 0,36 (µs) độ dài xung 50 ± 10 (µs) Ngồi xung sét để thử cách điện cuộn dây máy biến áp, điện trở kháng máy điện quay sử dụng xung cắt Giá trị cực đại điện áp phụ thuộc vào cấp điện áp dạng thiết bị thử nghiệm, thay đổi dải rộng từ vài chục kV cấp điện áp (kV) đến cấp điện áp vài triệu vôn cấp điện áp siêu cao áp Dung sai giá trị cực đại 3%, điện áp nội xuất chuyển mạch, thao tác cố hệ thống điện thay đổi chế độ làm việc Xung điện áp chuyển mạch khác với xung sét thời gian dài có dạng dao động Để thử nghiệm đưa vào xung chuẩn dạng khơng chu kỳ 250 / 2500 (µs) có thời gian tăng xung T = 250 ± 50 (µs), thời gian suy giảm đến giá trị cực đại 2500 ± 1500 (µs) Có thể sử dụng dạng xung khác xung không chu kỳ100/ 2500 ; 1000/ 5000 (µs) xung dao động có thơng số 4000 ± 1000 / 7500 ± 2500 ; 100/ 1000 Giá trị cực đại dạng xung thử nghiệm có ảnh hưởng trực tiếp đến kích thước cách điện, độ bền vững thiết bị thử nghiệm Các dạng xung a Xung 1,2/ 50 (µs) b Xung cắt τφ c Xung 100/ 1000 (µs) d Xung 250 / 2500 (µs) U U Um Um 0,5Um 0,5Um τφ t t τφ Tc Tc (a) (b) U U Um 0,5Um t (c) t τφ Tc (d) Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm Hình 1.7 Các dạng xung Một vấn đề quan trọng giải phòng thử nghiệm cao áp nghiên cứu trình chọc thủng khoảng cách khac khơng khí môi trường cách điện khác Giá trị có liên quan tới chế tạo cách điện đường dây truyền tải siêu cao áp, hồn thiện chống sét cho đối tượng khác nhau, tiêu chuẩn hố dạng xung Để có điện áp chuyển mạch thao tác sử dụng máy phát điện áp xung sử dụng máy biến áp thử nghiệm có nguồn xung Sơ đồ máy phát điện áp xung kích hình 1.8 T ~ Rbv E A Rn B Rn C 2 Rđ Rđ CA CB K1 K2 A1 B1 N2 K R0 Rđ Kn C1 Cn N1 Hình 1.8 Sơ đồ máy phát điện áp xung kích Máy biến áp thử nghiệm E- đèn chỉnh lưu cao áp CA,CB,… ,CN- tụ điện nạp điện Rbv – điện trở bảo vệ KH1, KH2,… KHn - khe hở phóng điện Rn - Điện trở nạp điện R0 - Điện trở ổn định Rđ - Điện trở phóng điện Quá trình tạo xung gồm hai giai đoạn: - Giai đoạn nạp: qua máy biến áp T chỉnh lưu E cấp tụ điện CA,CB,… ,CN nạp tới điện áp U trình nạp kết thúc điểm A2, B2,… Bn có điện U điểm A1, B1,… Bn có điện khơng Đồ án tốt nghiệp Vrm = Thiết kế máy biến áp thử nghiệm 285,78 = 47, 63 dm = 0, 047 m ( ) ( ) Vd = 0,2 – 0,047 = 0,153 (m3) = 153(lít) Khối lượng dầu: Gdầu = Vd 0,9 =153.0,9 = 137,7 (kg) 10 Trọng lượng thùng: Vỏ thùng làm loại thép cacbon CT2 dày 2(mm), đáy thùng nắp thùng làm thép cacbon dày (mm) a) Trọng lượng vỏ thùng: G1 = Mtn Δ1 γ Trong đó: Mtn = Môvan = 1,65 (m2) - Bề mặt tản nhiệt thân thùng dầu Δ1 = 2(mm) - Bề dày vách thùng γ = 7850 (kg/m3) - Tỷ trọng thép G1 = Mtn Δ1 γ = 1,65.2.7850.10-3 = 26 (kg) b) Trọng lượng nắp thùng: G2 = Mn Δ2 γ Trong đó: Δ2 = (mm)- bề dày nắp thùng γ = 7850 (kg/m3) - Tỷ trọng thép Mn : bề mặt hình học nắp thùng Theo cơng thức (6-28) - Tài liệu ⎡ b2n ⎤ Mn = ⎢Π + bn ( Ln -bn )⎥ m2 ⎣ ⎦ ( ) Với: bn = B + bv chiều rộng nắp thùng Ln = A + 2.bv chiều dài nắp thùng bv chiều rộng vành nắp thùng thường 0,04 đến 0,1 (m) Chọn bv = (cm) bn = B + bv = 36 + 2.5 = 46 (cm) Ln = A + 2.bv = 69,2 + 2.5= 79,2 (cm) ⎡ 462 −4 ⎤ Mn = ⎢Π 10 + 46.( 79,2-46) 10−4 ⎥ = 0,32( m2 ) ⎣ ⎦ Vậy trọng lượng nắp thùng là: G2 = Mn Δ2 γ = 0,32.3.7850.10-3 = 7,536(kg) 82 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm c) Trọng lượng đáy thùng: G3 = Mđ Δ3 γ Với Mđ (m2) - Bề mặt hình học đáy thùng: Mđ = Mn ⎡ B2 ⎤ Mn = ⎢Π + B( A-B)⎥ ⎣ ⎦ ⎡ 362 −4 ⎤ = ⎢Π .10 + 36 ( 69,2-36) 10−4 ⎥ = 0,22 m2 ⎣ ⎦ Δ3 = 3(mm) - Bề dày đáy thùng G3 = Mđ Δ3 γ = 0,22.3.10-3.8750 = 5,2 (kg) ( ) d) Trọng lượng sắt vỏ thùng: Gv = G1 + G2 + G3 = 26+ 5,2 + 7,536 = 39 (kg) VII Trọng lượng máy biến áp: Gmáy = Gdq + Gsắt từ + G dầu + Gv Trong đó: Gdq = 36,05 (kg)- Trọng lượng dây quấn cao áp hạ áp Gsắt từ = 202,1 (kg) G dầu = 137,7 (kg) Gv = 39 (kg) Gmáy = Gdq + Gsắt từ + G dầu + Gv Gmáy= 36,05+137,7+ 39 +202,1 = 414,85 (kg) VIII Chọn sứ đầu ra: Sứ hạ áp: Với điện áp U1 = ÷ 220 (V) Theo tài liệu số trang 133 Chọn kiểu sứ TPV 1/400 có thơng số sau: a = 14 (cm), b = 8,5 (cm), d =φ16 , d1 = (cm), d2 =7(cm), d3 = 4,5 (cm), d4 = 8,5 (cm), h = 22,5 (cm), khối lượng: (kg) d1 a 83 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm Sứ cao áp: Với điện áp U2 = ÷ 120 (kV) Ta chọn sứ đầu gồm bát sứ có hình dạng sau, công ty gốm sứ Hải Dương chế tạo 84 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm Chương MẠCH ĐIỀU KHIỂN, BẢO VỆ, ĐO LƯỜNG I Giới thiệu bàn điều khiển: Chức bàn điều khiển: Bàn điều khiển (hay tủ điều khiển) dùng để điều khiển, đo lường, bảo vệ tồn bợ hệ thống thử nghiệm Trong bàn có bố trí khe hở phóng điện tụ điện tiêu thụ lượng đề phòng phía cao áp phóng sang phía hạ áp đe dọa đến an tồn người điều khiển, tất thiết bị phải nối đất Ngồi bàn điều khiển bố trí đồng hồ, Ampemetre Vonmetre để đo lường máy biến áp thử nghiệm Trong lần thử nghiệm có phóng điện điện cực thử nghiệm động điều khiển máy biến áp điều chỉnh mềm bị kẹt bàn điều khiển tự động ngắt điện cung cấp cho máy biến áp cao áp đảm bảo an tồn cho thiết bị Các thiết bị điều chỉnh: Thiết bị điều chỉnh dùng để thay đổi điện áp đưa vào cuộn dây hạ áp máy biến áp thử nghiệm Thiết bị điều chỉnh có nhiệm vụ đưa điện áp cao áp từ tới giá trị định mức không đượclàm méo đường cong điện áp Nếu điều chỉnh 85 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm theo kiểu phân cấp cấp khơng vượt q ÷ 1,5% giá trị điện áp thử nghiệm Việc gián đoạn mạch điều chỉnh khơng cho phép làm tăng q điện áp sơ đồ thử nghiệm Trong thực tế máy biến áp thử nghiệm thường dùng thiết bị điều chỉnh sau: điều chỉnh điện áp tự ngẫu (máy biến áp tự ngẫu dùng chỗi điện),bộ điều chỉnh tự ngẫu nhờ di chuyển cuộn dây ngắn mạch, điều chỉnh kiểu cảm ứng, kiển hữu tuyến, điều chỉnh biến trở lỏng, điều chỉnh kiểu chiết áp… Các thiết bị điều chỉnh đơn giản kiểu hữu tuyến, biến trở lỏng chiết áp Nhược điểm phương pháp tổn hao lượng lớn ảnh hưởng đến đường cong điện áp Vì thử nghiệm cách điện cuộn dây máy biến áp máy điện quay phần lớn người ta sử dụng điều chỉnh tự ngẫu (máy biến áp tự ngẫu) II Chọn mạch điều khiển: Điều chỉnh điện áp kiểu cảm ứng: Việc điều chỉnh điện áp dùng tay tự động 220 V CC C CC TĐ ATM Đ ĐX1 C C Đ TI ĐX2 RI BT 25 100/ A ÷150 V R C ĐCĐA R P mA 86 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm Hình 6.1 Mạch điện máy IDS – 150 – 25 TH ĐCĐA – Máy điều chỉnh điện áp kiểu cảm ứng (Trung Quốc) Kiểu GY – – 25 TH; 25 kVA; 220/ ÷ 400V BT – Máy biến áp thử nghiệm kiểu IDJ – 150 – 25 TH; 25kVA; 400/150 kV P – Quả cầu phóng điện ↵ = 150 (mm) ATM – p tơ mát có cuộn điều khiển đóng 220(V) – 200 (A) TI – Biến dòng điện 100/ (A)và rơle dòng điện PT – 40 Khi vận hành đóng cửa phòng thử nghiệm Khố TĐ cửa đóng lại, đóng cầu dao, nhấn nút đóng mạch Đ Cuộn hút tiếp điểm, đèn xanh Đ1 sáng, ATM tự động đóng lại, đèn đỏ Đ2 sáng Bắt đầu tiến hành thử nghiệm, thử nghiệm xong, nhấn nút cắt C, cuộn hút điện, AMT ngắt đèn Đ1 thử nghiệm sáng Mạch điều khiển có điều chỉnh điện áp biến áp điều chỉnh mềm với nguyên lý cuộn dây ngắn mạch di động Phương pháp dùng máy thử cao áp TUR (Đức) Mạch điều khiển hồn tồn tự động Người vận hành việc bấm nút: tăng giảm áp, dừng lại ( tương ứng với trình điều chỉnh dộng cơ) Tốc độ tăng áp theo yêu cầu (kV/s) ĐC – động ba pha (kV), 380 (V) lên xuống: khởi động từ quay phải động CC – cầu chì 10 (A) Cửa – đèn báo phòng thửû nghiệm mA – đồng hồ miliampe R- phụ tải thử nghiệm CP – cầu phóng điện ↵ 250 87 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm A ATM C1 ’ K CC K” CP R V1 V2 V3 C2 CC mA CD CC L X ĐCmạch điều chỉnh điện áp máy TUR Hình 6.2 Mơ tả Ngồi số máy có mạch điềøu khiển thiết bị điện tử như: máy Brem- und stosgerat 82012, máy điều khiển từ xa hệ thống máy tính 88 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm Các loại máy có mạch điều khiển phức tạp,giá thành cao khơng thực cần thiết cho máy điện thiết kế cho Vì ta chọn mạch điều khiển có điện áp biến áp tự ngẫu Sơ đồ mạch nêu hình 6.3 Mạch điều khiển dùng cho máy biến áp thử nghiệm thiết kế: ATM KV KH K RI MBACA 220 V ÷120 KV K R Đ4 N R Đ K RI R K Đ1 K Đ2 Đ3 Hình 6.3 K Nguyên lý hoạt động: a Thiết bị dùng mạch điều khiển: - ATM – nguồn 220 (V) - Đ1 : đèn màu đỏ Khi ATM đóng Đ1 sáng báo hiệu điện lưới vào đến bàn điều khiển - Đ2 : đèn màu đỏ Khi đèn sáng 89 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm + Báo hiệu MBA cao áp trạng thái ngắt điện đầu vào (trước thử nghiệm) + Báo hiệu có cố thí nghiệm - Đ3 : đèn màu xanh Khi đèn sáng báo hiệu có điện áp nguồn đặt đầu vào máy biến áp tự ngẫu máy biến áp cao áp - Đ4 : đèn màu vàng Khi đèn sáng báo hiệu tay quay điều chỉnh điện áp vị trí 0, cho phép đóng Đ vào máy biến áp tự ngẫu - MBA TN: Đầu vào 220 (V); đầu ÷ 220 (V) Cơng suất 20 (kVA) dùng điều chỉnh điện áp vào U1 máy biến áp cao áp Từ ÷ 220 (V) tương ứng với điện áp từ ÷ 120 (kV) - KH: khố đổi nối dùng để thay đổi dòng điện tác động rơle dòng điện ứng với điện áp sau: + Vị trí 1: Uthử = Uđm = 120 (kV) + Vị trí 2: Uthử = 0,916 Uđm = 110 (kV) + Vị trí 3: Uthử = 0,83Uđm = 100 (kV) - RI: Rơle dòng điện tác động có cố ngắn mạch, phóng điện, chạm đất…ngắt điện nguồn khỏi máy nhờ tiếp điểm RI mạch điều khiển - N: Nút ngắt mạch điều khiển (thường kín) - Đ: Nút đóng mạch điều khiển (thường hở) - kV: Đồng hồ kilôvônmetre: thị số điện áp cao đầu máy biến áp cao áp b Nguyên lý: - Đóng ATM: đèn đỏ Đ1 sáng, đèn đỏ Đ2 sáng, tay quay điều chỉnh điện áp đèn vàng Đ4 sáng - Chuyển khố KH vị trí 1, 2, tuỳ theo cấp điện áp thử nghiệm Mạch điều khiển sẵn sàng thí nghiệm: - Aán nút Đ, đèn xanh Đ3 sáng, đèn đỏ Đ2 tắt - Quay tay quay tăng điện áp theo chiều kim đồng hồ đến vị trí cần thiết - Thử nghiệm xong quay tay quay ngược lại để giảm điện áp - Aán nút ngắt N, đèn đỏ Đ2 sáng, đèn xanh Đ3 tắt báo hiệu ngắt điện đầu vào máy biến áp cao áp ‘ Trường hợp có cố: bàn điều khiển tự động ngắt điện khỏi máy biến áp cao áp Nhờ tiếp điểm RI mạch điều khiển, đèn xanh Đ3 tắt, đèn đỏ Đ2 sáng Sơ đồ bố trí bàn điều khiển: Đ1 Đ2 Đ3 Đ4 ATM N Đ 90 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm III Đo lường điện áp thử nghiệm: - Đo lường điện áp xoay chiều tiến hành vôn kế Tuy nhiên vôn kế thông thường đo điện áp thấp, cao đến vài trăm vôn Khi đo điện áp cao phải dùng phương pháp gián tiếp Với máy biến áp thử nghiệm Điện áp thường lớn từ vài chục đến vài trăm kV, lớn đến hàng nghìn kV Nếu ta dùng đồng hồ đo trực tiếp có điện trở phụ cơng suất tổn hao đồng hồ lớn P = U.I khơng có thiết bị để đo điện áp cao - Vì điện áp cao người ta dùng máy biến điện áp Thực chất máy biến điện áp máy biến áp thông thường mà cuộn dây sơ cấp nối với điện áp cần đo, cuộn thứ cấp nối với vơnmét, vơnmét có điện trở lớn nên xem máy biến điện áp hở mạch - Để đơn giản cho việc chế tạo sử dụng người ta thường quy ước điện áp định mức phía thứ cấp từ 100 ÷ 200 (V) Điện áp sơ cấp thiết kế theo điện áp cần đo mặt vônmét khắc độ theo cấp điện áp có ghi tỷ lệ biến áp mặt vônmét - Ở điện áp cao điện trở cách điện biến áp biến dòng phải lớn trở thành đắt tiền Do đó, người ta sử dụng biện pháp đo khơng tiếp cận Trong thiết bị đo gồm thiết bị thụ cảm đặt dây dẫn cao áp, người ta dùng nhiều phương pháp khác như: hiệu ứng có hạ áp từ trường hay sóng điện từ… Tuy nhiên biện pháp biện pháp thử nghiệm, chưa đưa vào sử dụng rộng rãi - Đối với máy biến áp thử nghiệm thiết kế ta sử dụng biện pháp đo sau: 91 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm Đặt đồng hồ đo phía hạ áp máy biến áp: Uvào Ura V Đây phương pháp đo đơn giản nên áp dụng Nhưng thực tế phương pháp đo gây sai số lớn Để làm giảm sai số phép đo ta dùng phương pháp bù điện áp cách quấn thêm số vòng dây vào dây quấn hạ áp Tuy nhiên, phương pháp làm người ta sử dụng Đo điện áp cao áp ta cần đặt vơnmét có khắc độ kV qua tỷ số máy biến áp phía hạ áp máy biến áp thử nghiệm Đặt đồng hồ đo phía cao áp máy biến áp thử nghiệm: kV Uvào Ura Uvào V Ura Hình a Hình b Sơ đồ (a): Lấy điện áp đo từ hai đầu mối hàn trích cuộn cao áp Ta phải tính cho điện áp điện áp định mức (như U2đm = 120 kV) đồng hồ vơn có giá trị điện áp Udm = 120000 = 120(V) Đồng hồ 1000 vơn khắc độ kV Khi 120 (kV) Để đo xác dòng điện tiêu thụ vơnmét khơng vượt q 5% dòng định mức cuộn cao áp Sơ đồ (b): Tạo cuộn dây đo lường đặt bên thứ cấp máy biến áp để đặt đồng hồ vônmét (được khắc giá trị kV) Phương pháp giống dùng máy biến điện áp Đạt độ xác cao Đo lường cao áp qua phân áp dùng tụ điện: 92 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm Uvào C2 C1 Ura V Phương pháp dùng cho máy biến áp thử nghiệm cao áp có điện áp lớn Người ta dùng phương pháp đo lường cao áp thực qua phân áp tụ điện C1 – Bộ tụ cao C2 – Bộ tụ hạ q1 C1 q = C2 - Điện áp rơi tụ C1 U = - Điện áp rơi tụ C2 U U1 + U2 = Uđm = Ura - Bộ tụ C1 có nhiệm vụ chịu điện áp lớn rơi Điện áp tụ C2 điện áp cần đo Ta mắc đồng hồ vônmét khắc chia độ kV song song với tụ C2 - Để loại trừ sai số lớn đo điện cao áp phải so sánh điện áp với trị số xác định từ trị số điện áp sơ cấp hệ số biến áp IV Chọn phương án đo: Như phần phân tích, cách đặt đồng hồ hạ áp kết đo khơng xác Trong diều kiện khơng có sẵn đồng hồ kV thiết bị đo phía cao áp khác, ta chọn phương án đo hình a b cách tương đối đơn giản, đảm bảo độ xác cao Phương án hình a phải đặt đầu đo phía cao áp nên cần phải ý yêu cầu cách điện cao Ta chọn phương án hình b ta mắc thêm vào trụ thép cuộn dây dùng để đo lường có điện áp định mức 120 (V), U1 = 220 (V) tương ứng với U2 = 120 (kV) Đồng hồ khắc độ kV theo tỷ lệ 1/1000 Thực tế, nhiều máy biến áp thử nghiệm chế tạo có thên cuộn đo Hai đầu cuộn dây đấu nắp thùng, cuộn hạ áp xem cuộn sơ cấp máy biến điện áp có U1 = 220 (V) W1 = 68 (vòng) Số vòng dây cuộn đo thứ cấp tính: w ' u '2 120 = w ' = 68 = (vòng) u1 220 93 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm TÀI LIỆU THAM KHẢO – Thiết kế máy biến áp điện lực Phan Tử Thụ – Thiết kế máy biến áp Phạm Văn Bình Lê Văn Doanh – Giáo trình kỹ thuật điện cao áp Võ Viết Dạn – Sổ tay vật liệu kỹ thuật điện Bộ Điện Và Than – Khối lượng tiêu chuẩn thử nghiệm Bộ lượng – Công nghệ chế tạo máy điện máy biến áp Nguyễn Đức Sỹ – Bảo dưởng thử nghiệm thiết bị hệ thống điện Lê Văn Doanh Phạm Văn Chới Nguyễn Thế Cơng Nguyễn Đình Thiên – Vật liệu kỹ thuật điện Nguyễn Xuân Phú Hồ Xuân Thanh – Thiết kế máy điện Nguyễn Hồng Thanh Trần Khánh Hà 94 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm MỤC LỤC Lời nói đầu Chương I Tìm hiểu máy biến áp cao áp I Nguyên lý cấu tạo thử nghiệm cao áp II Các loại máy tạo điện áp cao dùng thử nghiệm 13 III Ý nghĩa máy biến áp cao áp pha 27 IV Thử nghiệm cao áp 28 V Những thử nghiệm thiết bị dùng máy tạo điện áp cao 35 Chương II Tìm hiểu cơng nghệ chế tạo máy biến áp cao áp 44 Chương III Chọn phương án dây quấn 46 A Phương án 46 B Phương án 47 C Phương án 48 D Phương án 49 E Phương án 51 F Phương án 52 Chương IV Tính tốn lõi thép dây quấn máy biến áp 55 § 4.1 Tính tốn kích thước chủ yếu 56 I Tính đại lượng 56 II Chọn số liệu xuất phát tính tốn kích thước chủ yếu 56 § 4.2 Tính tốn dây quấn 64 I Dây quấn hạ áp 64 II Dây quấn cao áp 68 § 4.3 Xác định kích thước cụ thể lõi sắt 76 95 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm Chương V Xác định tham số máy 81 I Xác định tổn hao ngắn mạch 82 II Xác định điện áp ngắn mạch 83 III Tính tổn hao không tải 85 IV Tính dòng điện khơng tải 87 V Tính tốn nhiệt dây quấn 90 VI Thiết kế thùng dầu tính tốn nhiệt thùng dầu 90 VII Trọng lượng máy biến áp 94 VIII Chọn sứ 94 Chương VI Tính mạch bảo vệ đo lường điều khiển 97 I Giới thiệu bàn điều khiển 97 II Chọn mạch điều khiển 98 III Đo lường điện áp thử nghiệm 103 IV Chọn phương án đo 106 Tài liệu tham khảo 107 96