Tài kiệu thiết kế Khí cụ điện cao áp

Mơn Cơ sở Khí cụ điện Giáo trình : Khí cụ điện –Phạm Văn Chới Bùi Tín Nguyễn Tơn §1.1 :Bài Mở đầu * Khí cụ điện thiết bị điện dùng để đóng ,cắt , bảo vệ , điều khiển, ổn định mạch điện (đo lƣờng) điện áp ,công suất (theo chức ) - Điều khiển: Tin cậy ,chọn lọc,tự động lập lại - Đóng cắt chức quan trọng ,khơng dịng điện (an tồn ) ,nhìn thấy khoảng cách (dao cách ly) +Ngắn mạch khó khăn cắt dịng ,dùng cầu chì , máy cắt ,aptơmát (hạ áp) + Q tải có thời gian(rơ le nhiệt) -Điều khiển : thiết bị công tác làm việc với chế độ khác Khí cụ điện theo điện áp : - Khí cụ điện cao áp Uđmức >1000V - Khí cụ điện hạ áp Uđmức 400 kV) * Khí cụ điện dạng dịng : +Khí cụ điện chiều + Khí cụ điện xoay chiều Khí cụ điện nguyên lý làm việc : + Điện + Điện từ + Điện nhiệt Chƣơng I : Nam châm điện CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt §1.1: Đ ại cƣơng nam châm điện 1,Sơ đồ: δ Φδ + U Φr Φo 1-mạch từ tĩnh ; 4-lị xo nhỏ; Φδ :từ thơng làm việc ; 2-cuộn dây; 5-cứ chặn Φ0 từ thông ∑; Φr :từ thơng rị; 3-mạch từ động( nắp); δ :khe hở làm việc ; Định nghĩa : Nam châm điện l cấu điện từ biến điện→ từ →cơ (lực ,mơ men) - Đóng K → xuất I cuộn dây ƣ vòng F ιω :sức từ động [Avịng ] F sinh từ thơng : +Φδ →lực điện từ hút nắp (không phụ thuộc chiều i) m € δ + Φr -μ : [ H/m ] đặc trƣng cho độ dẫn điện μ0 10 H/m (chân khơng , khơng khí ) →tuyệt đối - Độ dẫn từ tƣơng đối - Mật độ từ thông B μx μ0 φ ;S : tiết diện cực từ; B [ Wb/m2 ] , [ T ] S CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt - Cƣờng độ từ trƣờng : - Từ trở - : Từ dẫn : R G B H μ l μ [ H-1 ] μ S R [ T/H/m ] , [ A/m ], [Tm/H ] μ S [H] l μ B III I II H I _tuyến tính; μ dB dH III _bão hồ ; II _phi tuyến → tính tốn phức tạp * Phân loại : - Nam châm điện nối tiếp :cuộn dây nối tiếp với phụ tải →dòng điện phụ thuộc phụ tải - Nam châm điện song song :cuộn dây song song với phụ tải - Nam châm điện xoay chi ều ( AC ) Nam châm điện chiều ( DC ) 2,Các định luật bản: 2.1, Định luật Ôm : CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 2.2, Định luật Kirchoff : 2.3, Định luật Kirchoff : 2.4, Dịng điện tồn phần : U μ R μ U μG Φi F U F μi Φ(R μ1 R μn ) Hdl l 3, Ứng dụng: sử dụng rộng rãi cấu truyền động , công tắc tơ ,…, thiết bị bảo vệ ngắn mạch máy cách điện ,dùng điều khiển ,các cấu phân ly , phân loại cấu điện từ chấp hành ( phanh hãm điện từ ) 4, Tính tốn nam châm điên : - Mạch từ phi tuyến →tuyến tính hố -Khó xác định xác từ trở mạch từ : R l μ μ S cho tuyến tính §1.2 : Từ dẫn mạch từ * Phần sắt từ :phụ thuộc điểm làm việc đồ thị B(H) Vd: G Fe μ S Fe l điểm làm việc thuộc vùng tuyến tính μ= const , μ Fe * Phần khơng khí : - Ở khe hở khơng khí lam việc + Từ dẫn rị - Cơng thức chung : Φ G δ U μ0 →bỏ qua từ trở sắt từ δ μδ → khơng khí khơng phụ thuộc vào điểm làm việc B(H) - δ S → coi trƣờng điện từ δ trƣờng song phẳng (đều) CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt m Φ b a G δ δ U δ μδ BS Hδ μ S [H] δ →bỏ qua từ thông tản m Điều kiện : d - đƣờng kính nêú hình trụ d d 1, Phân chia từ trƣờng : → Chia từ trƣờng thành vùng đơn giản Tính dần trƣờng thành phần Tổng hợp lại * Với hình hộp chữ nhật : G μ δ0 a δ -1/2 trụ đặc : G G δ2 μ δ2 μ δ tb S tb V δ 0.26 μ a tb a δ - ½ trụ rỗng : G δ3 μ 2a π δ ( m=1:2δ ) m CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt - ¼ cầu đặc : G - ¼ cầu rỗng : G G G δ 0.077 μ δ δ4 m μ δ5 G δ0 G δ2 G δ3 δ4 G δ5 16 G δ G G δ0 →từ dẫn tản δi Hệ số từ tản : δt G G δ δ0 G G δ0 G δ0 t G G t δ0 Khi δ nhỏ ;a,b lớn → G t G δ0 → δ t δ lớn δ t ↑ → Kết tƣơng đối xác nhƣng phức tạp → dùng tính tốn kiểm ngiệm 2, Tính cơng thức thực nghiệm ( kinh nghiệm ): Bảng ( 1-3) 3, Tính hình vẽ : Khi cực từ khức tạp khơng dùng loại vẽ tranh từ trƣờng +Đƣờng sức từ → dẫn +Đƣờng đẳng §1.3 : Mạch từ chiều - #f t U, I không phụ thuộc vào t → Mạch khơng tổn hao xốy , từ trễ - Hai tốn : + Thuận : Cho Φ tính F +Ngƣợc : Cho F tính Φ Khó khăn : +Từ dẫn khó tính xác +Phi tuyến vật liệu từ +Thông số rải →tập trung 1,Mạch từ chiều bỏ qua từ thơng rị : -Khi Φ ro Φ - Mạch từ hìh xuyến A, Thuận : F ιω CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt i S ltb biết Φ δ tìm F ιω mạch từ thay : Fe F R Fe R Fe rị R R S G F l tb R B S Bh B H S H CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Mạch từ chiều I=const →F= const không phụ thuộc vào δ UFe ↑ →bão hòa b, Ngƣợc : biết F F IW Φ R μFe R δ → tính đƣợc R Phƣơng pháp dị sở tốn thuận : dựng hình →kết trƣờng hợp đặc biệt Φ R IW IW R μFe Hl δ BS tb GS BS H l tb G δ l tb B M Bδ α H H - Lấy OA= IW/ltb ; - Từ A dựng α ; tg α G δ l tb 2,Mạch từ chiều có xét tới từ thơng rị : a, Bỏ qua từ trở sắt từ : μ - Fe μ R Fe Khi nghiệm nằm vùng tuyến tính B( H ) CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Φ x δ δ l IW x IW x d l Uμ U Φ x δ x Φ δ Φ δ Mạch từ thay : Φ G Φ δ Grò G IW Gr =kgrl gr : dẫn suất từ dò ; k chọn A = 3408 ( A/ cm ) B = 0,77 ( T ) ,1 65 ,14 10 => ls = 64 ,11 , 91 380 , 76 39 , 3000 = cm Chọn ls = 18 b, Bƣớc cực τ= D 26 , 65 p 20 , cm Hệ số kinh tế α= ls 18 , 86 => thoả mãn 20 , 8.Dòng điện pha định mức I= P 10 3 U cos 55 10 101 , 75 (A) , 220 , , 91 THIẾT KẾ STATO 9.Số rãnh Stato Chọn q = CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt z1 = 3.2p.q1 = 6.2.4 = 48 rãnh 10.Bƣớc rãnh Stato D t1 = 26 , 65 Z1 48 = 1,7 ( cm ) 11 Số dẫn tác dụng rãnh — chọn số mạch nhánh a1 = 42 Ur1 = a A t 380 , I1 101 , 75 = 13,99 Chọn Ur1 = 124 ( V ) 12 Số vòng dây nối tiếp pha W1 = p.q U r1 = 2.4 124 : = 5648 ( vòng ) a1 13.Tiết diện đƣờng kính dây dẫn Chọn AJ = 3100 ( A2/ cm mm2 ) => J = 1900 = ( A / mm2 ) 380 => tiết diện sơ dây dẫn I 101 , 75 J a n sdd = = 2,54 ( mm2 ) số sợi chập n1 = chọn loại dây dẫn địng trịn PEN có dcd = 1,975 ( mm2 ) d = 1,88 ( mm ) 14.Kiểu dây quấn Chọn dây quấn bƣớc ngắn τ Z1 48 p 12 rãnh chọn y= 10 => β = y 10 Z 12 15.Hệ số dây quấn CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt ky = sinυ.л/2 =sin( sin q ) sin kr = q sin α= 15 15 sin 0,9659 0,9576 p 360 360 Z1 48 = 15 => kdq = kng.kr = 0,9659 0,9576 = 0,925 16.Từ thông khe hở không khí k E U Φ= , 96 220 k s k d f ¦ W 0,0187 ( Wb ) ,11 , 925 50 5648 17.Mật độ từ thơng khe hở khơng khí Bδ = 10 ,187 10 l s 0,77 ( T ) , 64 20 , 18 , 35 18.Sơ xác định chiều rộng BZ B l t , 76 18 , B Z l k c , , 95 0,8 cm Chọn kc = 0,95 BZ = (1,7 ÷ 1,85 ) = 1,7 19 Sơ xác định chiều cao gông Stato 10 h'g1= B g1 l k , 0183 10 c 0,8 ( cm ) , 18 , 95 chọn B g = (1,45 ÷ 1,6 ) = 1,5 20.Chọn rãnh hình lê Có h12 = 1781,78 mm d1 = 10 mm h41 = 0,5 mm d2 = 17 mm CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt b41 = dcd + 1,5 12 , 55 hr1 = ' h = 2,6135 cm = 26,14 mm g1 = 3,4 mm HINH VE Chọn cách điện rãnh có chiều dày 0,4 mm Chon cách điện nêm có chiều dầy 0,5 mm — Diện tích rãnh trừ nêm Sr ( d d2) d1 d ( h 12 d1 (10 ) 2 15 ) 10 15 (18 , 5) 32 , 998 ( mm d1 —Chiều rộng miếng cac – tong nêm la Của cách điện giũa lớp ( d1 + d2 ) —Diện tích rãnh trừ nêm d Sr 2 ln 2 (d d ) C d1 C ' ( 15 18 , 10 15 ) , 2 = 46,68 mm2 —Hệ số lấp đày rãnh k u n d đ cd 14 , 895 Sr , 774 Sr 21.Bề rộng Stato b ' Z1 ( D ( h 41 h 12 )) Z1 CuuDuongThanCong.com d ( 266 , 2 ( , 16 , ) 10 15 , 76 ( mm ) 48 https://fb.com/tailieudientucntt ,5 ) b " (D h 41 Z1 => d 1) Z1 b b ' b Z1 tb ( 26 , 65 d1 ,5 19 ) 13 , ( mm ) 48 " Z1 ,18 ( mm ) 22 Chiều cao gông Stato D h D n gl h r1 d 39 , 26 , 65 2 , 68 1, , 94 ( cm ) 23.khe hở khơng khí D (1 1200 266 , ) 2p (1 1200 ) , 721 ( mm ) Chọn δ = 0,9 ( mm ) DÂY QUẤN RÃNH GÔNG STATO 24.Số rãnh Rôt ( 246 ) Chọn Z2 = 38 25.Đƣờng kính ngồi R t2 = D'2 = D - 2δ = 26,65 -2 0,07 = 26,51 ( cm ) 26 B-ớc R D t2 Z ' 26 , 51 ,19 ( cm ) 38 27.Sơ chiều rộng R b ' Z2 B t B Z2 k , 76 ,19 ( cm ) , 75 , 95 c Lấy BZ2 = 1,75 28.Dƣờng kình trục R Dt = 0,3.D = 0,3.26,65 = ( cm ) 29.Dßng dÉn R Itđ = I2 = kI.I1 W k d Z , 95 101 , 75 56 , 95 790,6 ( A ) 38 Với = 0,95 ( A ) 30.Dòng điện vành nm CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Iv I td sin 790 , p Z 2401 , ( A ) 2 sin 38 31.Tiết diện dẫn nhôm ' S td I cd 790 , J2 263 , mm2 Chọn J2 = h42 d2 d1 hr2 d41 Dm D Dm CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 32 Chọn Jv = 2,5 ( A / mm ) Sv = S I t Jv 240 , 960,64 ( mm2 ) ,5 33 Chọn kích thƣớc sơ Roto —chọn dạnh rãnh CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt HINH VE b12 h42 hr2 h12 b D h ' r2 D 26 , 51 t , 255 (m) Chọn hr = (25 ÷ 45 ) mm Chọn hr = 35 mm b42 = 1,5 mm h42 = 0,5 m d = mm a x b = 25 38,4 mm h12 = hr - h42 - d = 27,5 ( mm ) 34 Diện tích rãnh R Sr d 2 h 12 d 27 , 231 ( mm2 ) 35.Diện tích vành nm a x b = 25.38,4 = 960 ( mm2 ) 36.Bề rộng 1/3 chiều cao D b Z2 ' h 42 Z ( h 12 CuuDuongThanCong.com d) 265 ,1 d ,5 ( 27 , 7) 11 ( mm ) 38 https://fb.com/tailieudientucntt 37.chiều cao gông R D h ' D g2 t h r 2 d 26 , 51 ,5 , 87 ( cm ) 38 Làm nghiêng rãnh R bn = t1 = 1,7 cm TÍNH TỐN MẠCH TỪ 39.Hệ số khe hở khơng khí t1 k t1 b ( D S 41 ) b ( 3,4 ) ,7 41 , 39 3,4 ,7 1, k 1, b ( ,109 , 39 , 07 42 b ) ( 1,5 ) ,7 42 , 64 1, ,7 ,19 k => kδ = ,19 k 1,109 1,02 = 1,131 k 1 , 02 , 64 , 07 40.Chọn thép 2212 41.Sƣc từ động khe hở khơng khí Fδ = 1,6.Bδ kδ.δ.104 = 1,6 0,76.1,131.0,07.104 = 962,7 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 42.Mật độ từ thông Stato B , 76 , Z1 17 ( T ) , , 95 43 Cƣờng độ tƣ thông Stato HZ = 19 ( A / cm ) 44 STĐ Stato Fz = 2h'Z HZ = 2,18.19 = 82,84 ( A ) d 2h'Z = hZ - 26 , 15 21,8 ( mm ) 45.Mật độ từ thông R , 76 ,19 Bz = , 752 ( T ) , 95 46.Cƣờng độ từ trƣờng R HZ = 22,2 ( A/ cm ) 47.STĐ R FZ = h 'Z H Z 2.3,26 22,2 = 144,7 ( A ) h ' Z2 h d Z2 35 32 , ( mm ) 48.Hệ số bão hòa F k FZ Z FZ 962 , F 82 , 84 144 , , 24 962 , 49.Mật độ từ thông gông Stato 10 B g1 , 0183 10 h g k c l , , 95 18 50 Cƣờng độ tƣ trƣờng gông S H g = 10,6 51.chiều dài mạch từ gông Stato (D lg h g ) n 2p ( 39 , ,6 ) 27 , 96 ( cm ) 52.STĐ gông R Fg l g H g1 28.10,6 = 296,8 ( A ) CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 53.Mật độ từ thông gông R 10 B g , 0183 10 h g k c l , 911 ( T ) , 87 , 95 18 54.Cƣờng độ từ trƣờng gông R H g 2,35 ( A/ cm ) 55.Chiều dài mạch từ gông R (D lg h g ) t (8 2p , 87 ) 10 , ( cm ) 56.STĐ gông R Fg l g H 2 g2 2,35 10,9 = 25,615 ( A ) 57 STĐ tổng F F FZ FZ Fg Fg = 962,7 + 82,84 + 144,7 + 296,8 + 25,615 = 152,66 ( A ) 58.Hệ số bão hịa tồn mạch k F 1512 , 66 F 962 , , 57 59.Dịng điện từ hóa P F 1512 , 66 , N k d , 56 , 925 I 22 , 96 ( A ) Dòng từ hóa % I I 100 I dm 23 , 63 100 23 ,13 (%) 101 , 75 THAM SỐ Ở CHẾ ĐỘ ĐỊNH MỨC 60.Chiều dài phần dầu nối S ld kd y B 1,3.19,19+ = 27 cm 1 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt (D h y k r1 ) ( 26 , 65 y Z1 , 68 ) 10 19 ,19 48 1,3 (1,55 ) d1 61.Chiều dài trung bình ½ vịng dây dây quấn S ltb = l1 + ld1 = 18 + 27 = 45 ( cm ) 62.Chiều dài dây quấn pha Stato L1 = ltb.W1 10-2 = 2.45.56.10-2 = 50,4 ( m ) 63.Điện trở tác dụng dây quấn S r1 75 L1 n a s 46 I1 r*1 = r1 054 50 , (Ω) , 049 , 54 101 , 75 U (Ω) , 025 220 64.Điện trở tác dụng dây quấn R r td Al l 10 Sr 18 10 23 (Ω) , 34 10 231 65.Điện trở vành nm rv Al l 10 Sr 18 10 23 , 34 10 (Ω) 231 Dv = D -( a + ) = 266,5 - ( 38,4 + ) = 227,1 ( mm ) 66.Điện trở R r2 r td Với rv , 34 10 , 329 p sin Z d1 ) sin , 10 , 97 10 (Ω) , 329 38 67.Hệ số qui đổi m ( W k Z 2 ( 56 , 92 ) 838 , 38 68 Điện trở R qui đổi r'2 = γ.r2 = 838,2.4,97.10-5 = 0,042 ( Ω ) CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt r*2 = 0,042.101,75/ 220 = 0,0194 ( 69 Hệ số từ dẫn tản Stato h1 r1 b k ( , 785 3b h 41 2b h b ) )k b 41 Với k'β = 0,875 kβ = 0,906 h1 = hr1 - 0,1d2 - 2.c -c' = 2,68 - 0,1.1,5 - 2.0,04 - 0,05 = 2,4 ( cm ) = 24 ( mm ) h2 =-(d1 / - c - c' ) = -(5 - 2.0,4 - 0,5 ) = -3,7 24 , 906 r1 3,4 ( , 785 10 3,4 10 ,5 10 ) , 88 3,4 70.Hệ số từ dẫn tản tạp S ,9 t1 t ( q kd ) t1 b 41 k tra σ = 0,0062 k 41 3,4 , 033 , 968 17 , , ,1 , ( , 92 ) , 72 , 968 t1 , 006 , 9327 ,131 , 07 71.Hệ số từ tản phần dầu nối ld , 34 q1 l (l d , 64 ) , 34 ( 27 , 64 18 20 , ) , 2328 72 Hệ số từ dẫn tản r1 t1 1,12 + 1,13 + 1,197 = 3,442 d1 73.Điện kháng dây quấn S x1 * x1 ,158 f1 ( 100 ,192 W1 100 101 , 75 l ) p q 1 ,158 50 100 ( 56 100 ) 18 , 442 ,17 (Ω) , 0888 220 74.Hệ số từ dẫn tản rãnh R CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt h1 r2 b (1 b ) b , 66 s c 42 h 42 b 42 k b ' h1 = 35mm h42 = c - d2 b = 75 - ( 0,1 +1 ) - 0,5 = 26,8 ( mm ) Sc = 263,5 k =1 b42 = 1,5 35 r2 (1 ) 1,5 , 66 263 , ,5 , 09 1,5 75.Hệ số từ dẫn tản táp R , t ( q k d ) t2 t2 b 42 b , 0092 t2 Z ,9 2 ( k d ) s t b t2 p k 38 , ,19 ( ) , 0092 12 t2 1,8 , 07 ,131 76.Hệ số từ dẫn tản phần dầu nối , D d2 , D v lg Z l a , 22 , v b 38 18 , 329 , 22 , lg , 84 , 233 ,5 Víi Δ= 0,329 77.Hệ số từ dẫn tản rãnh nghiêng b ,5 rn t2 ( n ) , , ( t2 1, ) , 5757 ,19 78.Hệ số từ tản Roto r2 t2 d2 rn 2,32 + 2,30 + 0,76 + 0,693 = 5,2528 79 Điện kháng tản dây quấn Roto x2 = 7,9.f1 l2 ∑α2.10-8 = 7,9.50 18 6,073 10-8 = 0,0003734 ( Ω ) 80.Điện kháng R qui đổi CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt x'2 = γ x2 = 838,2 4,317 10-4 = 0,31648 x * ' x I1 U , 316 101 , 75 (Ω) ,167 220 81.Điện kháng hỗ cảm U x 12 I x 1 220 21 , 63 ,192 I , 409 (Ω) 21 , 63 Tính theo đơn vị tƣơng đối * x 12 I1 x 12 U , 98 101 , 75 , 62 (Ω) 220 82.Tính lại kE U k I M x 1 E U TÍNH TỔN HAO 220 101 , 75 ,19 , 98 220 82.Trọng lƣợng Stato Gz1 = γFe Z1.bZ1.kZ1.l1.kg.10-3 = 5,51 ( kg ) 83.Trọng lƣợng gông Stato G g l L g p k c 58 , 65 ( kg ) Fe 84.Tổn hao lõi sắt ' P Fe P FeZ P Feg kgc P Fe Z B Z1 G G1 10 kgc P Feg B g1 G g 10 , , 599589 85.Tổn hao bề mặt R Pbmr = 0,051102 (kW) 86.Tổn hao đập mạch R P = 0,035069 ( kW ) 87.Tổn hao tổng thép 0,68576 ( kW ) 88.Tổn hao 0,531284 ( kW ) 89 Tổn hao không tải 1,217044 ( kW ) CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt ( kW ) ... Sự phát nóng khí cụ điện §1.Đại cƣơng -Thiết bị hỏng + Điện áp cao đánh thủng cách điện chạm chập ,ngắn mạch + Nhiệt dòng điện gây nên nóng cách điện già hóa , cháy -Vật liệu cách điện – độ chịu... https://fb.com/tailieudientucntt Về chất lực điện động lực điện từ thay từ trƣờng Fe dịng điện i tính theo phƣơng pháp đối gƣơng 2 .Điện pha 3,Độ bền điện động thiết bị điện 4.Cộng hƣởng khí Chƣơng : Hồ quang điện §3.1 Đại... lệch 2.Lực dòng điện môi trƣờng sắt từ + Phƣơng pháp ảnh gƣơng + Dập hồ quang thiết bị điện hạ áp băng phƣơng pháp kéo dài quãng đƣờng hồ quang §3.4 Lực điện động điện xoay chiều 1 .Điện pha CuuDuongThanCong.com