Nghiên cứu máy biến áp khô có cuộn dây đúc epoxy

Bộ giáo dục đào tạo Trường đại học bách khoa hà nội Phạm xuân thọ Nghiên cứu máy biến áp khơ Có cuộn dây đúc EPOXY CHUN Ngành: Kỹ THUậT điện Luận văn thạc sĩ kỹ thuật CHUYÊN Ngành: Kỹ THUậT điện Người hướng dẫn: ts bùi c hựng H ni 2012 Mở Đầu Khoa học kỹ thuật ngày phát triển không ngừng, đặc biệt ngành khoa học ứng dụng, khoa học vật liƯu míi, sinh häc vv ChÝnh sù ph¸t triĨn cđa ngành khoa học đà mang lại nhiều lợi Ých vỊ kinh tÕ, chÝnh trÞ cho mäi qc gia giới Kéo theo kinh tế động, tăng tr-ởng v-ợt bậc năm sau cao năm tr-ớc, đời sống sinh hoạt nhân dân ngày đ-ợc cải thiện Tốc độ phát triển kinh tế đất n-ớc đòi hỏi theo tốc độ phát triển ngành Điện lực Thông th-ờng tốc độ phát triển cao khoảng từ 20 đến 30% tốc độ phát triển sản xuất, đòi hỏi ngành chế tạo máy điện phải có yêu cầu cao chất l-ợng số l-ợng Thành phần thiếu đ-ợc mạng l-ới điện máy biến áp Về lịch sử phát triển máy biến áp vào năm 1885 máy biến áp khô pha đời, sau vài năm, năm 1893 máy biến áp khô ba pha 9,6kV đ-ợc chế tạo Thụy Điển nh-ng tất chúng bị giới hạn điện áp nhiệt độ dẫn đến bị hạn chế vỊ c«ng st, kÝch th-íc to, cång kỊnh, chi phÝ vật liệu tác dụng lớn Nh-ng đến năm 1900 máy biến áp sử dụng dầu làm cách điện làm mát lần đ-ợc sử dụng Ưu điểm dầu có điểm chớp cháy cao, làm mát tốt nên chế tạo máy biến áp có cấp điện áp đến vài trăm kilôvôn, công suất đến hàng trăm mega oat [1], [2], [3], [4] Vào năm 50 cđa thÕ kû tr-íc, ngµnh khoa häc vËt liƯu Composite phát triển mạnh n-ớc phát triển ng-ời ta đà ứng dụng làm vật liệu cách điện cho máy biến áp Kết từ đến số l-ợng máy biến áp khô đúc epoxy đ-ợc tiêu thụ nhiều giới ngành sản xuất chủ lực số hÃng nỉi tiÕng nh- ABB, Schneider, SIEMENS vv So víi m¸y biến áp dầu máy biến áp khô đúc epoxy có nhiều -u việt nh- khả chống cháy tốt, hút ẩm, không gây ô nhiễm môi tr-ờng nên thích nghi với nơi có mật độ dân c- cao, công trình gần biển, công trình ngầm -1- Đối với n-ớc ta, nhu cầu sử dụng máy biến áp khô việc phân phối, truyền tải điện ngày nhiều Nguyên nhân trình đô thị hoá nhanh thành phố lớn nh- Hà Nội, Thành phố Hồ Chí Minh, Hải Phòng, Bình D-ơng vv với phát triển kinh tế nên nhiều trung tâm th-ơng mại, nhà cao ốc, khu đô thị mới, nhà hàng khách sạn, khu vui chơi giải trí, khu liên hiƯp thĨ thao, bƯnh viƯn, khu c«ng nghiƯp míi mäc Ngoài t-ơng lai không xa n-ớc ta xây dựng tuyến tầu điện ngầm để thuận lợi cho việc lại ng-ời dân liên kết kinh tế trọng điểm với Đây nơi có nhu cầu sử dụng máy biến áp khô nhằm đảm bảo an toàn cho ng-ời nâng cao độ ổn định cung cấp điện Bên cạnh ®ã n-íc ta héi nhËp víi nỊn kinh tÕ giới việc cam kết bảo vệ môi tr-ờng vấn đề quan trọng cấp bách đ-ợc đặt lên hàng đầu Máy biến áp khô không sử dụng dầu làm môi tr-ờng cách điện nên thân thiện với môi tr-ờng Do thấy đ-ợc nhiều -u việt máy biến áp khô đem lại mà khoảng thời gian gần nhiều công ty, nhà máy đà đầu t- thay b-ớc máy biến áp dầu máy biến áp khô Trong số tự dùng 630kVA 6.3kV từ máy biến áp dầu Liên Xô tr-ớc chế tạo máy biến áp khô để tăng độ tin cậy cung cấp điện giảm cho phí bảo d-ỡng hàng năm Ngoài nhiều nơi nh- đ-ờng hầm đèo Hải Vân, mỏ khai thác than Quảng Ninh, sân bay, nhà máy thuỷ điện (phụ lục), nhiệt điện, bệnh viện lớn nh- Bạch Mai, Việt Pháp, Việt Đức, khu Hội nghị Quốc gia nhà máy xi măng, sắt thép khác đà có nhu cầu sử dụng máy biến áp khô Nhằm chủ tr-ơng nội địa hoá tất sản phẩm theo lộ trình phủ việc nghiên cứu chế tạo máy biến áp khô phục vụ cho ngành điện lực cần thiếu đ-ợc kinh tế động nh- n-ớc ta Vì vậy, việc nghiên cứu máy biến áp khô đề tài mang tính thực tiễn cao có tính thời giai đoạn phát triển đất n-ớc nói chung ngành Điện lực nói riêng Cũng lý đó, để -2- hoàn thành khóa đào tạo thạc sĩ kỹ thuật tr-ờng ĐHBK Hà Nội, tác giả đà lựa chọn đề tài: Nghiên cứu máy biến áp khô có cuộn dây đúc Epoxy để thực làm luận văn tốt nghiệp Nội dung luận văn đ-ợc chia làm ch-ơng phần phụ lục cụ thể nh- sau: Ch-ơng 1: Tổng quan máy biến áp khô: Ch-ơng tóm tắt lý thuyết chung máy biến áp sâu phân tích -u nh-ợc điểm máy biến áp khô có cuộn dây đúc Epoxy so với máy biến áp dầu loại máy biến áp khô khác có thị tr-ờng Ch-ơng2: Khái quát vật liệu Epoxy (Compsile): Ch-ơng trình bày khái l-ợc lịch sử chế tạo Epoxy ứng dụng kinh tế quốc dân Ch-ơng 3: Tính toán công nghệ chế tạo máy biến áp khô có cuộn dây đúc epoxy Ch-ơng trình bày yêu cầu nh- ph-ơng pháp lựa chọn thông số thiết kế công nghệ đặc tr-ng chế tạo máy biến áp khô có cuộn dây đúc Epoxy Ch-ơng 4: ảnh h-ởng nhiệt độ, khả tải máy biến áp khô biện pháp bảo vệ Ch-ơng 5: Ph-ơng pháp mô tả máy biến áp lực điện từ: Đây phần mang tính chất chuyên đề, nghiên cứu lý thuyết phân tích máy biến áp sở hệ ph-ơng trình Maxwell Phần phụ lục, trình bày số vẽ thiết kế máy biến áp khô Công ty Cổ phần chế tạo điện Hà Nội thống kê số l-ợng máy biến áp khô đ-ợc sử dụng nhà máy thủy điện n-ớc Và cuối kết luận Luận văn, tài liệu tham khảo phần phụ lục -3- Do thời gian có hạn kiến thức chuyên môn hạn chế nên chắn luận văn tránh khỏi thiếu sót Tác giả mong nhận đ-ợc đóng góp ý kiến thầy cô giáo bạn bè đồng nghiệp Tác giả Phạm Xuân Thọ -4- Ch-ơng Tổng quan máy biến áp khô 1.1 Nguyên lý làm việc máy biến áp Nguyên lý làm việc máy biến áp dựa t-ợng cảm điện từ Khi cho điện áp u1 vào cuộn dây sơ cấp dây quấn xuất dòng điện i1, dòng điện tạo từ thông chảy lõi thép, từ thông cảm ứng dây quấn thứ cấp sức điện động e 2, dây quấn thứ cấp mà đ-ợc nối với tải dây quấn thứ cấp có dòng điện i Nh- máy biến áp có nhiệm vụ biến đổi hệ thống điện có điện áp u (và dòng điện i1 tần số f1 ) thành hệ thống điện có điện áp u2 (và dòng điện i2 tần số f2 = f1) Sơ đồ nguyên lý làm việc máy biến áp nh- hình 1.1 Lõi thép I2 I1 ~ + u1 - + e1 N1 N2 e2 - + + u e2 - Dây quấn Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý máy biến áp Trong đó: U1,I1, N1 - điện áp - dòng điện, số vòng dây phía sơ cấp U2, I2, N2 - điện áp, dòng điện, số vòng dây thứ cấp : Từ thông Ztải: Tổng trở tải 1.2 Ưu, nh-ợc điểm máy biến áp dầu máy biến áp khô 1.2.1 Máy biến áp dầu - Ưu điểm -5- Ztải + Công nghệ chế tạo đơn giản + Do dầu có điện áp cách điện cao, làm mát tốt nên chế tạo máy biến áp có điện áp đến hàng trăm kV, công suất đến hàng trăm ngàn kVA + Giá thành rẻ nhiều so với máy biến áp khô loại + Khả tải lớn điều kiện làm mát tốt - Nh-ợc điểm + Không thích hợp nơi có yêu cầu cao phòng chống cháy nổ, công trình gần biển, khu đông ng-ời, nhà máy hoá chất, hầm lò + Gây ô nhiễm môi tr-ờng máy biến áp làm việc nh- bị cố Nguyên nhân máy sử dụng dầu lỏng làm mát cách điện Do làm việc hay cố khí độc nh- NO2, SO2 vv, sinh thải môi tr-ờng xung quanh gây ô nhiễm ảnh h-ởng đến sức khoẻ ng-ời + Không thuận lợi cho lắp đặt gần tải tiêu thụ xảy hoả hoạn, cháy nổ + Th-ờng xuyên phải bảo d-ỡng chi phí cho vận hành lớn + Không gian lắp đặt rộng so với máy biến áp khô có công suất + Khả vận chuyển xa khó khăn Do phạm vi ứng dụng máy biến áp dầu nơi ng-ời qua lại, có yêu cầu phòng chống cháy nổ không cao nhà máy xí nghiệp có vốn đầu t- ban đầu bị hạn chế 1.2.2 Máy biến áp khô - Ưu điểm: + Không gây ô nhiễm môi tr-ờng bảo vệ sức khoẻ ng-ời: Vấn đề bảo vệ môi tr-ờng vấn đề cấp bách quốc gia giới Do máy biến áp khô không sử dụng dầu làm cách điện, nên không sinh khí ga, khí độc làm việc nh- bị cố Bảng d-ới thống kê thành phần khí sinh nhiệt độ khác epoxy nh- sau: -6- Bảng 1: Thành phần khí sinh epoxy nhiệt độ khác Nhiệt độ thử nghiệm 4000C 60000C 8000C Cácbon monoxide CO 2,5% 3,7% 3,4% C¸cbon dioxide CO2 5,2% 54% 49,1% Sulpurous anhydrie SO2 0,2% 0,17% 0,18% Nitrogen monoxide NO 0 Nitrogen dioxide 0 NO2 + Cã khả chống cháy dập cháy tốt hình 1.2 Đây khả -u việt máy biến áp khô so với máy biến áp dầu Nó thích hợp cho nơi cần an toàn cao phòng chống cháy nổ nơi có đông ng-ời qua lại + Chịu đ-ợc môi tr-ờng có bụi bẩn, độ ẩm lớn, môi tr-ờng hoá chất n-ớc biển Do đặc tr-ng tính chất lý, hoá học vật liệu epoxy bao bọc toàn cuộn dây nên hoàn toàn chịu đ-ợc môi tr-ờng + Có khả kháng đ-ợc dòng ngắn mạch lớn Cuộn dây hạ áp, cao áp đ-ợc dây dẫn có hình dạng đặc biệt đ-ợc tẩm, đúc nhựa epoxy tạo thành khối rắn, vững nên có khả chịu đ-ợc lực điện từ lớn + Tổng kích th-ớc lắp đặt nhỏ so với máy biến áp dầu + Có thể lắp đặt gần phụ tải tiêu thụ nên tiết kiệm đ-ợc cáp hạ áp diện tích lắp đặt -7- + Chi phí cho bảo d-ỡng hàng năm Do máy biến áp khô không sử dụng dầu nên hàng năm không cần kiểm tra cách điện + Có khả chịu tải thêm đến 40% có thêm quạt thổi c-ỡng + Có khả chịu đ-ợc xung điện áp lớn (đến 200kV với điện áp định mức 35kV) Do cuộn dây đ-ợc đúc epoxy nên cách điện đ-ợc tăng c-ờng Mặt khác hai dòng dây kế đóng vai trò nh- hai bảng cực tụ điện làm phân bố điện áp vòng dây + Tuổi thọ cao lên đến 30 năm + Có khả vận chuyển xa - Nh-ợc điểm: + Công nghệ đúc cuộn dây cao áp phức tạp đòi hỏi kỹ thuật cao + Do cách sản xuất nay, chế tạo đ-ợc với cấp công suất nhỏ, máy ch-a chế tạo đ-ợc toàn mà phải nhập nguyên cuộn dây từ n-ớc giá thành đắt gấp 3-4 lần máy biến áp dầu công suất sản xuất n-ớc + Công suất, cấp điện áp bị giới hạn Nguyên nhân điều kiện làm mát khả cách điện vật liệu cách điện khô - Khả làm mát 1.3 Phân loại máy biến áp khô: Trên thị tr-ờng có hai loại máy biến áp khô là: Máy biến áp khô đ-ợc giấy cách điện loại máy có cuộn dây đúc epoxy 1.3.1 Máy biến áp khô đ-ợc quấn giấy cách điện: Loại máy dây quấn đ-ợc bọc cách ®iƯn b»ng giÊy cÊp F (1250) hc H (1150c) nh- giấy Nomex, kaptofilm, vải thuỷ tinh Hình 1.3 thể máy sử dụng giấy Nomex, làm cách điện Về công nghệ chế tạo mạch từ máy biến áp loại không khác so với máy biến áp khô đúc epoxy Cuộn dây sau xong đ-ợc đ-a vào tẩm sấy môi tr-ờng chân không để tăng độ bền cách điện cho cuộn dây Gần nhà máy Dupton Mỹ đà chế tạo loại giấy Nomex loại 414 410, vv phục vụ cho ngành chế tạo thiết bị -8- điện có điện áp làm việc lên đến 36kV Các hình vẽ bảng sau thể đặc tính điện giấy cách điện Nomex loại 414 hÃng Dupton (Mỹ) Bảng 1.2: Đặc tính cách điện giấy Nomex loại 414 Chiều dày (mm) 0.09 0.18 0.25 0.3 0.38 + Điện áp AC (kV/mm) 24 30 29 30 30 + Xung (kV/mm) 43 51 51 51 47 + ë 60 Hz 1,7 2,5 2,7 2,8 2,9 + ë 1kHz 1,7 2,5 2,7 2,8 2,9 Độ biến phóng điện Hằng số điện môi Bảng 1.3: Đặc tính giấy Nomex loại 414 Chiều dày (mm) 0.09 0.18 0,28 0,3 0,38 Träng l-ỵng (g/m2) 83 176 252 309 398 §é bÒn kÐo (N/cm) 57 172 229 291 341 §é giÃn dài (%) 7,4 13,1 13 14,1 12,8 -9- Hình 5.17 Tổng ứng suất nén Hình 5.16 Phân bố lực h-ớng kính dây quấn sát trụ Với đồ thị hình (5.17) trục hoành số dọc, trục tung biểu diễn ứng suất t-ơng đối so với tr-ờng hợp có dọc Từ đồ thị ta thấy ứng suất uốn ( đ-ờng cong 1) theo chiều tăng dọc nd ban đầu tăng đến giá trị cực đại, sau giảm dần Ng-ợc lại ứng suất nén ( đ-ờng 2) ban đầu gần nh- không đổi sau giảm dần Đ-ờng biểu diễn tổng ứng suất tổng đ-ờng Điểm A ta vị trí mà ứng suất đạt giá trị cực đại xấp xỉ 2,5 lần tính thei biểu thức (5.99) Giá trị cực đại với giá trị ndk tiếp tục tăng số dọc đạt đến giá trị điểm B ë ®ã tỉng øng st b»ng øng st không sử dụng dọc ndmin Trị số nkd ndmin thể đ-ờng cong hình (5.19) Đối với dây quấn bên bị ép sát vào trụ nên việc kiểm tra ứng suất cần kiểm tra biến dạng tiết diện tròn dây quấn hình ( 5.18) Do giá trị lực làm dây quấn biến dạng phụ thuộc vào số đoạn đ-ợc phân chia, số đoạn phân chia nhièu dây quấn khó bị biến dạng Số dọc tối thiểu tính theo công thức ( 5.100) - 95 - Hình 5.18: Biến dạng dây quấn gần trụ với số däc kh¸c n d   1,75 F E s ( l tb ) 2 c (5.100) Trong đó: nd: Số l-ợng tối thiểu; F : Lực h-ớng kính (N); ltb: Chiều dài trung bình vòng dây( m); E: Môdun đàn hồi ( ®ång E = 1,15.1011N/m2)  s : Tỉng tiÕt diƯn vòng dây (m2); c: Kích th-ớc theo tính h-ớng kính dây quấn (1 vòng dây); Theo hình (5.19) a chiều dày dây quấn, Dtb đ-ờng kính trung bình cuộn dây Đ-ờng với w đạt đến giá trị cực đại w = 2,5 tb ; đ-ờng ứng với số dọc tèi thiĨu ë ®ã  w = tb - 96 - Hình 5.19 Lựa chọn số theo tỷ số a/Dtb Trong thực tế để đảm bảo điều kiện tản nhiệt mặt cuộn dây gần trụ lõi tôn số l-ợng dọc trụ không đ-ợc lấy nhiều Nếu số l-ợng dọc trục lớn kàm giảm diện tích tản nhiệt dẫn đến khả năg thoát nhiệt cuộn dây, lõi tôn Do việc tính toán số l-ợng dọc tối thiểu cần thiết theo công thức (5.100) Các dọc th-ờng làm phíp cách điện dày 5,10,15,20 mm đ-ợc cắt theo biên dạng vị trí cần chèn sau chèn đối xứng qua tâm đ-ờng kính cuộn dây nhhình (5.15) 5.2.3.2 Lực däc trơc Lùc däc trơc m¸y biÕn ¸p xt từ tr-ờng tản ngang tạo nên th-ờng xuất hai đầu dây quấn đ-ờng sức từ tr-ờng bị uốn cong, đồng thời phân bố ampe - vòng không phân bố chiều cao hai dây quấn không Lực chiều trục xuất kéo nén hai đầu cuộn dây, dẫn đến làm thay đổi chiều cao Lu, lực lớn phá hỏng - 97 - đệm d-ới cuộn dây Do máy biến áp khô cuộn dây đ-ợc đúc epoxy nên vòng dây, bánh dây đ-ợc liên kết với vững nhờ khả bám chặt lớp epoxy chống đ-ợc lực dịc trục tác động vào vòng dây Tuy nhiên lực tác dụng vào lớp epoxy hai đầu lớn lực liên kết phân tử epoxy làm biến dạng lớp epoxy khả chống bụi bẩn , ẩm không dẫn đến giảm tuổi thọ máy Xét tr-ờng hợp dây quấn đối xứng Trong tr-ờng hợp dây quấn đối xứng lực dọc trục tự nhiên xác định t-ơng tự nh- lực h-ớng kính Dựa vào biểu thức l-ợng từ tr-ờng lực dọc trục làm biến đổi chiều cao dây quấn Fot  W 1 X n 1 ' 6  k j   k 0, 4 2 f (iN ) l tb2  10   Lu 2 f  L u 2 f Lu  0,628.k (iN ) l tb2  10 ' L Trong ®ã: (5.101) 7 u iN: Am per - vòng dọc trục xét; Ltb: chiều dài trung bình vòng dây (m); Lu: Chiều cao cn d©y (m);  ' F : ChiỊu réng quy đổi khoảng cách dây quấn (m); ot : Lùc däc trơc tù nhiªn (N); k: hƯ sè Rogowdski k  DÊu ‚-‛ chØ r»ng Fdt lực nén Để tìm mối liên hệ lực chiỊu trơc vµ lùc h-íng kÝnh ta bá qua dÊu trõ biĨu thøc ( 5.101) vµ chia biĨu thøc (5.101) cho biÓu thøc (5.95) ta cã : F  F L ' ot hay F  F  L ot u ' (5.102)  u Tõ biÓu thøc (5.102) ta thÊy lùc chiỊu trơ tû lƯ víi bỊ dày quay đổi tỷ lệ nghịch với chiều cao cuộn dây Lu Nh- để giảm lực chiều trục việc - 98 - giảm mật độ dòng dây quấn giảm đ-ờng kính trung bình cuộn dây tăng chiều cao cuộn dây Tr-ờng hợp dây quấn không đối xứng Hình 5.20 Từ tr-ờng ngang trục phân bố ampe không đối xứng Giả sử cuộn dây cao áp hạ áp đ-ợc phân bố không đối xứng nh- hình (5.20), số vòng dây hai galet cuộn dây Khi ®ã ta sÏ cã c-êng ®é tõ c¶m t¶n cùc đại là: b Trong đó:   iN  max 2  Lx iN biểu thị giá trị cực đại sức từ ®éng ngang trôc,  = M/Lu; L x : Chiều dài trung bình đ-ờng sức từ tr-ờng ngang; Giả sử chiều dài trung bình đ-ờng sức từ tr-ờng không thay đổi dọc theo chiều cao dây quấn, c-ờng độ từ cản ngang trục thay đổi tuyến tính từ đến b lại giảm đến sau từ đến max b trở Khi ta max có công thức tÝnh to¸n lùc däc trơc: 1 iN F 'ot  (  .i.N ) l tb 1,6 (iN )  l 10 L 2 Lx 2 tb 7 (N ) (5.103) x Nh- với dây quấn bố trí không đối xứng việc chịu lực dọc trục theo công thức (5.102) phải chịu thêm lừc Fot theo công thức (5.103) - 99 - Trong thực tế để tăng c-ờng khả chịu lực dọc trục cho cuộn dây phía phía d-ới cuộn dây đ-ợc ép chặt ép làm vật liệu đặc biệt Tiết diện ép đ-ợc tính toán dựa công thức tÝnh øng suÊt   Fn.10 a.b ot Trong đó: F ot (5.104) (MPa) lực dọc trục tổng cộng (N); n: số miếng đệm ( th-êng n lÊy b»ng 4); ab lµ kÝch th-íc miếng đệm (m); Các đệm đ-ợc phân bố theo chu vi cuộn dây đ-ợc ép chặt với gông bulong đai ốc Cấu tạo đệm hình (5.21) (5.22) đ-ợc chia làm hai phần: Phần tiếp xúc với dây quấn làm vật liệu đàn hồi (Nhcao su chịu nhiệt) để có khả giÃn nở nhiệt độ cuộn dây tăng cao, phần tiếp xúc với gông th-ờng đúc epoxy hay phíp cách điện Hình 5.21 Cấu tạo đệm chèn cuộn dây Hình 5.22 Vị trí đệm 5.2.3.3 Dao động cuộn dây chịu lực điện từ dọc trục Khi chịu lực dọc trục đặc biệt bị ngắn mạch cuộn dây th-ờng bị dao động với tần số khác với tần số l-ới, cấu ép cuộn dây không làm cho cuộn dây bị xê dịch làm tăng độ ồn máy làm hỏng phần cách điện hai đầu cuộn dây Sau ta nghiên cứu biểu thức dao động - 100 - Giả sử dây quấn không bị biến dạng có khối l-ợng m đ-ợc nối với dầm phía phía d-ới nhờ lò xo có độ cứng k1 k2 ( độ cứng tỉng céng kw = k1+k2) HƯ sè suy gi¶m Cw - Tỷ lệ với tổn hao dao động Ngoài có sức hút trái đất với lực mg (g lµ gia tèc träng tr-êng) Chän chiỊu dao ®éng theo trơc z nhh×nh (5.23) ®ã ta cã ph-ơng trình Hình 5.23 Mô hình dao động chiều trục dây quấn dao động vật thể: z dz m d  C W  k W z f mg dt dt (5.105) Đây ph-ơng trình vi phân cấp hai với đầy đủ hệ số Nghiệm ph-ơng trính có dạng: z  S  B exp( C W 2.m.t ) sin(qt   )  D exp(2 t )  E.exp( t ) cos( t   )  H cos(2. t  v) (5.106) Trong ®ã: A  mg S2 ;q  k  k W W   A   CW  ; D  ;E  m  2m  4 m  2 C W  k W m k CW m W    ;   2  C W ;   arctg m 2 A 2m   2   k W  4 ;   m 2 C W m ; - 101 -   2A   2   ; v  arctg      ; H   B, số tích phân Trong ch-ơng trình q tần số dao động riêng Từ ph-ơng trình (5.106) ta cã kÕt luËn nh- sau: + ë chÕ độ xác lập dao động dây dẫn lực däc trơc sinh cã tÇn sè b»ng lÇn tần số l-ới điện ( ) trị số dao động quang giá trị S + Quá trình độ có thêm dao động phụ với tần số l-ới điện đồng thời có dao động riêng với số q + Tần số q không đ-ợc chọn xấp xỉ tần số l-ới điện gấp đôi tần số l-ới điện để tranh cộng h-ởng làm hỏng phần epoxy đệm đầu cuộn dây Do ta cần phải ép cuộn dây (hình 5.22) với lực ép hợp lý để không xảy dao động cộng h-ởng nh- mô tả 5.3 Kết luận: Mô tả máy biến áp nh- đà trình bày để tính toán tổn hao, tính lực điện từ áp lực lên dây quấn, thông số điện trở điện kháng tản Trong tính toán đà quan tâm đến phần thực biểu thức Vectơ Umov Poynting Thành phần liên quan trực tiếp đến tổn hao dây quấn, lực điện từ tác dụng lên dây quấn Tổn hao lực điện từ hai đại l-ợng cần quan tâm chế tạo máy biến áp khô, điều kiện toả nhiệt nh- kết cấu không thuận lợi nh- máy biến áp dầu Ngoài cần tính toán xê dịch cuộn dây để tránh dao động cộng h-ởng Khi xảy ngắn mạch làm xê dịch cuộn dây gây nên thay đổi lực tác dụng lên dây quấn ảnh h-ởng đến tuổi thọ máy, việc mô để tÝnh to¸n sÏ cho phÐp cđng cè kÕt cÊu m¸y, làm tăng khả chịu đựng máy sảy cố nhờ kéo dài tuổi thọ máy - 102 - Kết luận Nghiên cứu máy biến áp khô cuộn dây cao áp đúc epoxy toán có giá trị thực tiễn có ý nghĩa cao mặt lý thuyết Luận văn có ý nghĩa mặt lý thuyết nội dung đà đ-a đ-ợc nhìn tổng quan máy biến áp khô Ngoài có phần nghiên cứu vật liệu epoxy (Composite) loại vật liệu đ-ợc sử dụng nhiều lĩnh vực đời sống, xà hội đà đem lại nhiều lợi ích to lớn Phần quan trọng luận văn đà đ-a đ-ợc ph-ơng pháp mô tả tổng quát máy biến áp để từ nghiên cứu sâu hệ thống số nh- tổn hao, điện kháng tản, lực điện từ Luận văn có ý nghĩa thực tiễn đà đ-a đ-ợc công nghệ chế tạo, quy trình đúc, tẩm cuộn dây cao, hạ áp vật liệu cách điện epoxy Đồng thời sở cho việc chế tạo máy biến áp khô n-ớc ta nhu cầu sử dụng biến áp khô t-ơng lai rÊt lín vµ nã cã thĨ tõng b-íc thay thÕ dần MBA dầu Hiện n-ớc ta đà thực thành công đề tài nghiên cứu chế tạo máy biến áp khô có cuộn dây đúc Epoxy công suất 250kVA Tuy nhiên việc sản xuất đại trà gặp nhiều khó khăn nên chủ yếu nhập cuộn dây máy làm cho giá thành cao khoảng 3,5 lần máy biến áp dầu loại Thiết nghĩ, t-ơng lai không xa nhiều nhà máy sản xuất máy biến áp dầu n-ớc đầu t- công nghệ để sản xuất máy biến áp khô nhằm phục vụ nhu cầu n-ớc tiến dần đến làm chủ hoàn toàn công nghệ, kỹ thuật Một đất n-ớc phát triển không sử dụng sản phẩm máy biến áp khô cho việc truyền tải, phân phối điện có nhiều -u điểm mà máy biến áp dầu đ-ợc nh- phòng chống cháy nổ tốt, chịu đ-ợc môi tr-ờng có bụi bẩn, n-ớc, hóa chất, chịu đ-ợc lực điện động lớn, không gây ô nhiễm môi tr-ờng, chi phí bảo d-ỡng thấp vv Vì phù hợp với nơi có yêu cầu cao phòng chống cháy nổ nh- trung tâm th-ơng mại, nhà cao tầng, siêu thị, khu vui - 103 - chơi giải trí, bệnh viện, nhà ga, sân bay, nhà máy thuỷ điện, nhiệt điện, nhà máy điện nguyên tử, xi măng, sắt thép, công trình gần biển nhà máy hoá chất Do nhận thức đ-ợc -u việt mà nhiều nhà máy, xí nghiệp đà sử dụng máy biến áp khô cho hệ thống cung cấp điện Luận văn đà sâu tìm hiểu vật liệu epoxy, công nghệ chế tạo mạch từ, cuộn dây công nghệ tẩm, đúc cuộn dây hạ áp, cao áp Đồng thời đ-a phép toán mô tả máy biến áp nhằm mục đích sâu nghiên cứu vấn đề liên quan đến máy biến áp Những tìm tòi, s-u tập luận văn phần đáp ứng nhu cầu tài liệu tham khảo cho ng-ời đọc cần tìm hiểu lý thuyết, công nghệ chế tạo máy biến áp khô Luận văn dừng lại nghiên cứu số vấn đề liên qian đến máy biến áp khô Còn nhiều chủ đề liên quan đến loại biến áp cần đ-ợc tập trung nghiên cứu, hoàn thiện t-ơng lai là: + Phân bố nhiệt độ bên trong, bên cuộn dây điều kiện bình th-ờng bị ngắn mạch + ảnh h-ởng nhiệt độ đến ứng suất lớp nhựa epoxy dây quấn +ảnh h-ởng nhiệt dộ đến cách điện epoxy tuổi thọ máy Và nhiều vấn đề khác cần tiÕp tơc nghiªn cøu thªm - 104 - Tài liệu tham khảo Tiếng việt: Phạm Văn Bình, Lê Văn Doanh (2002), Máy biến áp lý thuyết, vận hành bảo dưỡng, thử nghiệm, nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội Phan Tử Thụ (2002), Thiết kế máy biến áp điện lực, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội Phạm văn Bình, Lê Văn Doanh (2001), Thiết kế máy biến áp, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội Trần Khánh Hà, Nguyễn Hồng Thanh (2001), Thiết kế máy điện, nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội Nguyễn Bình Thành, Lê Văn Bảng, Phương Xuân Nhàn, Nguyễn Thế Thắng (1972), Cơ sở lý thuyết mạch - 2, Nhà xuất đại học trung học chuyên nghiệp , Hà Nội Nguyễn Bình Thành, Nguyễn Trần Quân, Lê Văn Bảng (1970), Cơ sở lý thuyết trường điện từ, nhà xuất Đại học trung học chuyên nghiệp Hà Nội Đặng Văn Đào, Lê Văn Doanh (2001), Các phương pháp đại nghiên cứu tính tốn thiết kế kỹ thuật điện, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội Trần Khánh Hà (1997), Máy điện tập I, nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội Nguyễn Đức Sĩ (1995), Công nghệ chế tạo máy điện máy biến áp, Nhà xuất giáo dục Hà Nội 10 Nguyễn Bình Thành, Nguyễn Trần Quân, Phạm Khắc Chương (1971), Cơ sở lý thuyết mạch - 1, Nhà xuất đại học trung học chuyên nghiệp Hà Nội 11 Bộ môn cao phân tử (1971), Kỹ thuật sản xuất chất dẻo - tập 2, Xuất trường đại học Bách khoa Hà Nội 12 Nguyễn Hữu Niếu, Trần Vĩnh Diệu (1970), Hoá lý polyme, Nhà xuất trường đại học Bách khoa Hà Nội 13 Nguyễn Hoa Thịnh, Nguyễn Đình Đức (2002), Vật liệu composite học công nghệ, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Tiếng anh 14 Milos stafl (1976), Electrodynamics of eletrical machine Publishing house of czechoslovak academy of sciences, Prague 15 A.García, G.Espinosa - Paredes, I hernández A (date: 13 October 2000), A thermal study of an encapsulated electrical transformer Mexico, 16 http://www.abb.com 17 http://www.schneider - electric com 18 http://www.sismens.com Môc lục Mở Đầu - Ch-¬ng Tỉng quan máy biến áp khô - 1.1 Nguyên lý làm việc máy biến áp - 1.2 ¦u, nh-ợc điểm máy biến áp dầu máy biến ¸p kh« - 1.2.1 M¸y biÕn ¸p dÇu - 1.2.2 Máy biến áp khô - 1.3 Phân loại máy biến áp khô: - 1.3.1 M¸y biÕn ¸p khô đ-ợc quấn giấy cách điện: - 1.3.2 Máy biến áp khô có cuộn dây ®óc b»ng nhùa Epoxy - 10 1.4 KÕt luËn - 11 Ch-ơng KháI quát vỊ vËt liƯu epoxy - 13 2.1 Lịch sử phát triển - 13 2.2 Phản ứng tạo thµnh nhùa Epoxy - 14 2.3 Các đặc tr-ng nhựa Epoxy - 16 2.4 C¸c chất đóng rắn cho nhựa epoxy - 17 2.4.1 Chất đóng rắn loại axit - 17 2.2.4 Chất đóng rắn loại amin - 20 2.5 C¸c tÝnh chÊt cña nhùa epoxy - 21 2.5.1 TÝnh chÊt ho¸ häc cđa nhùa epoxy - 21 2.5.2 TÝnh chÊt lý häc cña nhùa epoxy - 22 2.6 LÜnh vùc øng dơng chÝnh cđa nhùa epoxy - 23 2.6.1 Màng phủ bảo vệ - 23 2.6.2 Keo d¸n - 23 2.6.3 VËt liÖu polyme composite - 24 2.6.4 Vật liệu cách điện - 24 2.7 KÕt luËn: - 26 - - 105 - Ch-ơng Tính toán công nghệ chế tạo máy biến áp khô có cuộn dây đúc epoxy - 28 3.1 Yêu cầu máy biến áp khô - 28 3.2 Thiết kế máy biến áp khô - 28 3.21 Xác định kích th-ớc - 28 3.2.2 TÝnh to¸n cuộn dây máy biến áp khô - 30 3.3 Công nghệ chế tạo máy biến áp khô - 32 3.3.1 Công nghệ chế tạo mạch từ - 32 3.3.2 C«ng nghệ chế tạo cuộn dây: - 38 3.3.2.1 Cuộn dây hạ áp - 39 3.3.2.2 Cuộn dây cao áp - 45 3.3.3 C-êng ®é ®iƯn tr-êng điện môi, khoảng cách cách điện - 49 3.4 Quy trình tẩm, đúc cuộn dây máy biến áp khô - 52 3.4.1 Quy trình tẩm epoxy với cuộn dây thấp áp - 52 3.4.2 Quy trình đúc epoxy với cuộn dây cao áp - 53 3.5 Thử nghiệm, kiểm tra máy biến áp khô - 57 3.6 KÕt luËn: - 58 Ch-ơng ảnh h-ởng nhiệt độ, khả tảI máy biến áp khô giảI pháp bảo vệ - 60 4.1 Nhiệt độ làm việc máy biến áp khô - 60 4.2 Quá tải máy biến áp khô - 64 4.3 KÕt luËn - 66 Ch-¬ng Ph-ơng pháp mô tả máy biến áp lực ®iÖn tõ - 68 5.1 Ph-ơng pháp mô tả máy biến áp - 68 5.1.1 Kh¸i niƯm: - 68 5.1.2 c¸ch xác định tổn hao - 69 5.1.3 công thức tính lực điện tõ - 70 - - 106 - 5.1.4 Tính toán điện kháng tản: - 72 5.1.5 Mô tả máy biến áp: - 73 5.1.5.1 Mô tả dây quấn mặt phẳng - 75 5.1.5.2 ¶nh h-ëng cđa lâi thÐp - 76 5.2 Lùc ®iƯn tõ - 78 5.2.1 Nguyên nhân sinh lùc ®iƯn tõ - 78 5.2.2 Ngắn mạch máy biến áp pha - 79 5.2.3 Ph©n loại lực điện từ - 82 5.2.3.1 Lùc h-íng kÝnh - 85 5.2.3.2 Lùc däc trôc - 97 5.2.3.3 Dao ®éng cuộn dây chịu lực điện từ dọc trục - 100 5.3 KÕt luËn: - 102 KÕt luËn - 103 - - 107 - ... điện khô - Khả làm mát 1.3 Phân loại máy biến áp khô: Trên thị tr-ờng có hai loại máy biến áp khô là: Máy biến áp khô đ-ợc giấy cách điện loại máy có cuộn dây đúc epoxy 1.3.1 Máy biến áp khô đ-ợc... thuyết chung máy biến áp sâu phân tích -u nh-ợc điểm máy biến áp khô có cuộn dây đúc Epoxy so với máy biến áp dầu loại máy biến áp khô khác có thị tr-ờng Ch-ơng2: Khái quát vật liệu Epoxy (Compsile):... ta nghiên cứu công nghệ chế tạo cuộn dây máy biến áp khô 3.3.2.1 Cuộn dây hạ áp Trong máy biến áp khô công nghệ chế tạo cuộn dây hạ áp đ-ợc phân làm hai loại : Loại có điện áp nhỏ 1000V loại có