Nghiên cứu công nghệ chế tạo máy biến dòng đo lường trung thế có lõi thép là vật liệu từ vô định hình

Nhan đề : Nghiên cứu công nghệ chế tạo máy biến dòng đo lường trung thế có lõi thép là vật liệu từ vô định hình Tác giả : Nguyễn Trung Kiên Người hướng dẫn: Phùng Anh Tuấn Từ khoá : Máy biến dòng Năm xuất bản : 2013 Nhà xuất bản : Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Tóm tắt : Giới thiệu chung về máy biến dòng. Các tiêu chuẩn về máy biến dòng và các yêu cầu về độ chính xác khi vận hành. Đánh giá sai số máy biến dòng bằng phần mềm. Mô tả: Luận văn (Thạc sỹ khoa học) Ngành Kỹ thuật điện

NGUYỄN TRUNG KIÊN BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI H ỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN TRUNG KIÊN NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY BIẾN DÒNG ĐO LƯỜNG TRUNG THẾ CÓ LÕI THÉP KỸ THUẬT ĐIỆN LÀ VẬT LIỆU TỪ VƠ ĐỊNH HÌNH LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN KHOÁ 2010B Hà Nội - 2013 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN TRUNG KIÊN NGHIÊN CỨU CƠNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY BIẾN DỊNG ĐO LƯỜNG TRUNG THẾ CĨ LÕI THÉP LÀ VẬT LIỆU TỪ VƠ ĐỊNH HÌNH Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN NGƯỜI HƯỚNG DẪN: TS PHÙNG ANH TUẤN Hà Nội - 2013 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu kết nghiên cứu nêu luận văn trung thực chưa công bố luận văn khác Tôi xin cam đoan rằng, giúp đỡ cho việc thực luận văn cảm ơn thơng tin trích dẫn luận văn rõ nguồn gốc Hà Nội, ngày tháng năm 2013 Người cam đoan Nguyễn Trung kiên LỜI CẢM ƠN Sau thời gian thực luận văn, đến đề tài “Nghiên cứu công nghệ chế tạo máy biến dịng đo lường trung có lõi thép vật liệu từ vơ định hình.” hồn thành Trong thời gian thực đề tài nhận nhiều giúp đỡ quý báu cá nhân, tập thể ngồi trường Tơi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo TS Phùng Anh Tuấn công tác Bộ môn Thiết bị điện - điện tử trường Đại học Bách Khoa Hà Nội tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tơi xây dựng hồn thành luận văn Tôi xin chân thành cám ơn Ban Lãnh đạo Tổng công ty CP Công ty cổ phần Thiết bị điện Việt Nam giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho tơi q trình học tập, cơng tác, nghiên cứu hồn thành luận văn Cuối cùng, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn tới gia đình, bạn bè động viên giúp đỡ tơi suốt q trình học tập, nghiên cứu hồn thành luận văn Xin trân trọng cảm ơn! Tác giả DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Tên bảng STT 2.1 Bảng giới hạn sai số độ lệch pha cho máy biến dòng đo lường 2.2 Trang 13 Bảng giới hạn sai số độ lệch pha cho máy biến dòng đo lường ứng dụng đặc biệt 14 2.3 Bảng giới hạn sai số cho máy biến dòng bảo vệ 15 2.4 Thơng số đặc tính loại máy biến dòng TPX, TPY, TPZ 25 3.1 Đặc tính tơn cán lạnh 23ZH90 29 3.2 Bảng đặc tính tơn 3409 36 3.3 Bảng đặc tính tơn 23ZH90 39 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ STT Tên hình Trang 1.1 Mạch từ máy biến dịng 1.2 Máy biến dịng có vịng dây sơ cấp Error! Bookmark not defined 1.3 Máy biến dòng có nhiều vịng dây sơ cấp 1.4 Lõi tơn sau quấn cách điện trước quấn dây thứ cấp 1.5 Sơ đồ nguyên lý máy biến dòng 1.6 Sơ đồ thay máy biến dòng 1.7 Đồ thị vecto máy biến dòng 2.1 Minh họa đồ thị ký hiệu CT dùng cho bảo vệ 2.2 Xác định điểm gập G đường cong từ hóa máy biến Error! Bookmark not defined dòng 17 18 2.3 Đồ thị vecto máy biến dòng 2.4 Quan hệ từ thẩm, sai số dòng sơ cấpError! Bookmark not defined 2.5 Bù sai số cách thay đổi số vòng dây thứ cấp 21 2.6 Quan hệ n10 tải thứ cấp 22 2.7 Quan hệ từ cảm sức điện động 23 3.1 Máy biến dòng dạng đúc epoxy, ngồi trời 24kV, tỷ số 28 3.2 Mơ phần cách điện epoxy 30 3.3 Mô phần dây quấn sơ cấp 31 3.4 Mô phần dây quấn thứ cấp 32 3.5 Mô phần mạch từ cách điện 33 3.6 Hình mơ đầy đủ máy biến dịng 33 3.7 Mơ hình mạch với dịng sơ cấp định mức tải thứ cấp Ω 35 3.8 Đường cong từ hóa tơn 3409 37 3.9 Kết đạt với tôn 3409 38 Error! Bookmark not defined 3.10 Đường cong từ hóa tôn 23ZH90 40 3.11 Kết đạt với tôn 23ZH90 41 3.12 Đường cong tổn hao lõi vật liệu từ vơ định hình 2605SA1 50Hz 60Hz 42 3.13 Đường cong từ trễ vật liệu từ vơ định hình 2605SA1 43 3.14 Kết đạt với tơn vơ định hình 2605SA1 44 3.15 Mơ hình mạch với dòng sơ cấp gấp lần định mức tải thứ cấp Ω 46 3.16 Kết đạt với tôn 3409 47 3.17 Kết đạt với tôn 23ZH90 48 3.18 Kết đạt với tơn vơ định hình 2605SA1 49 3.19 Mơ hình mạch với dòng sơ cấp định mức tải thứ cấp 1,7 Ω 51 3.16 Kết đạt với tôn 3409 47 3.17 Kết đạt với tôn 23ZH90 48 3.18 Kết đạt với tôn vô định hình 2605SA1 49 MỤC LỤC GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY BIẾN DÒNG 1.1 Khái niệm chung máy biến dòng 1.1.1 1.2 Cấu tạo nguyên lý làm việc Phân loại máy biến dòng: 1.2.1 Theo điện áp làm việc máy biến dòng 1.2.2 Theo chức máy biến dòng 1.2.3 Theo vị trí làm việc máy biến dòng 1.2.4 Theo vật liệu cách điện máy biến dịng: 10 1.2.5 Theo hình dạng bên ngồi máy biến dòng: 10 1.2.6 Theo tần số làm việc máy biến dòng: 10 CÁC TIÊU CHUẨN VỀ MÁY BIẾN DÒNG VÀ CÁC YÊU CẦU VỀ ĐỘ CHÍNH XÁC KHI VẬN HÀNH 11 2.1 Các tiêu chuẩn máy biến dòng 11 2.1.1 u cầu cấp xác máy biến dịng đo lường 13 2.1.2 Yêu cầu cấp xác máy biến dịng bảo vệ 14 2.2 Các yêu cầu vận hành máy biến dòng hệ thống điện 15 2.2.1 Các yêu cầu độ xác máy biến dịng dùng cho mục đích bảo vệ hệ thống điện 16 2.2.2 Các quan hệ sai số máy biến dòng 18 2.2.3 Các chế độ làm việc máy biến dòng 21 2.2.4 Kết luận trung gian 25 ĐÁNH GIÁ SAI SỐ MÁY BIẾN DÒNG BẰNG PHẦN MỀM 27 3.1 Giới thiệu phần mềm Ansoft Maxwell 15 27 3.2 Máy biến dòng nghiên cứu 28 3.3 Mơ máy biến dịng sử dụng phần mềm Ansoft Maxwell 15 29 3.4 Các kết mơ máy biến dịng với loại tôn khác 34 3.4.1 Trường hợp dịng sơ cấp có giá trị định mức 34 3.4.2 Trường hợp dịng sơ cấp có giá trị khác định mức 45 3.4.3 Trường hợp dòng sơ cấp định mức, thay đổi điện trở thứ cấp 51 3.5 Kết luận chung 56 3.6 Tài liệu tham khảo 57 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY BIẾN DỊNG 1.1 Khái niệm chung máy biến dịng 1.1.1 Cấu tạo nguyên lý làm việc Máy biến dòng thiết bị điện tĩnh, làm việc dựa nguyên lý cảm ứng điện từ, biến đổi dòng điện phía sơ cấp thành dịng điện phía thứ cấp có giá trị tiêu chuẩn 5A 1A, điện áp an toàn cung cấp cho mạch đo lường bảo vệ 1.1.1.1 Cấu tạo Về cấu tạo máy biến dịng, máy biến dịng gồm phần chính: mạch từ, phần dây quấn phần cách điện a) Mạch từ Mạch từ máy biến dòng ghép từ thép kỹ thuật điện thành mạch vịng khép kín, thép có sơn cách điện với Do yêu cầu tổn hao kích từ tổn hao dây quấn không cao nên thông thường mạch từ máy biến dịng có cấu tạo gồm nhiều lớp thép kỹ thuật điện dạng dẹt quấn đè lên thành hình xuyến đây: Hình 1-1 Mạch từ máy biến dòng b) Phần dây quấn Phần dây quấn máy biến dòng bao gồm: dây quấn sơ cấp dây quấn thứ cấp - Dây quấn nhận lượng từ mạch cung cấp gọi dây quấn sơ cấp - Dây quấn cung cấp lượng cho phụ tải gọi dây quấn thứ cấp Dây quấn sơ cấp có: * Một vịng dây: Hình 1-2 Máy biến dịng có vịng dây sơ cấp Đây loại biến dòng dùng phổ biến ứng dụng với điện áp thấp ≤ 1kV (trong tủ điện hạ thế) mạch điện tử có độ xác cao (trong cơng tơ điện tử) Khi phần dây dẫn mạch xuyên qua cửa sổ mạch từ máy biến dòng xem dây sơ cấp máy biến dòng Đường cong từ trễ vật liệu vẽ hình đây: Hình 3-13 Đường cong từ trễ vật liệu từ vơ định hình 2605SA1 Trong đó: • Đường màu xanh đường cong từ trễ vật liệu sau ủ • Đường màu đỏ đường cong từ trễ vật liệu chưa ủ Ta nhận thấy, vật liệu sau ủ có đặc tính từ trễ tốt so với chưa ủ Đồng thời sau ủ ta thấy mắt từ trễ (phần diện tích giới hạn đường màu xanh) vật liệu bé Do lượng để từ hóa vật liệu vơ định hình nhỏ, tức dịng điện từ hóa nhỏ Tại giá trị từ cảm, chẳng hạn với B = 1,4T tổn hao lõi 2605SA1 p0 ≈ 0,15 W/kg, cịn tơn 23ZH90 p0 ≈ 0,5 W/kg, với tôn 3409 p0 ≈ 1,51 W/kg Với tổn hao thấp đường cong từ trễ trên, ta dự đoán sai số đạt sử dụng vật liệu từ vơ định hình 2605SA1 làm mạch từ tốt so với tôn 23ZH90 3409 Dưới kết sai số đạt được: Kết nhận với tơn vơ định hình 2605SA1: Hình 3-14 Kết đạt với tơn vơ định hình 2605SA1 Đường màu đỏ biểu diễn dịng điện sơ cấp định mức Đường màu đen biểu diễn 120 lần dòng điện thứ cấp 3.4.1.4 Nhận xét sai số dịng định mức: Sau mơ mạch từ máy biến dịng với loại tơn khác dòng điện sơ cấp định mức giá trị điện trở thứ cấp Ω , kết sai số đạt có sai khác rõ rệt Với tơn 3409: Đường cong biểu diễn 120 lần dịng điện thứ cấp có dạng khơng sin, có giá trị khơng sát với đường cong dịng điện sơ cấp, điểm cắt đường cong 120 lần thứ cấp với trụ hoành nằm xa điểm cắt đường cong sơ cấp với trụ hoành Điều chứng tỏ sai số trị số sai số góc có giá trị lớn sử dụng tôn 3409 làm mạch từ cho máy biến dịng Với tơn 23ZH90: Đường cong biểu diễn 120 lần dịng điện thứ cấp có dạng gần sin, có giá trị sát với đường cong dòng điện sơ cấp, điểm cắt đường cong 120 lần thứ cấp với trụ hoành nằm gần điểm cắt đường cong sơ cấp với trụ hồnh Do sai số trị số sai số góc có giá trị thấp so với loại tơn 3409 Với vật liệu từ vơ định hình 2605SA1: Đường cong biểu diễn 120 lần dòng điện thứ cấp có dạng sin có giá trị sát với đường cong dòng điện sơ cấp; điểm cắt đường cong 120 lần thứ cấp với trụ hoành nằm gần điểm cắt đường cong sơ cấp với trụ hồnh Do sai số trị số sai số góc có giá trị nhỏ Như vậy, với đặc tính từ trễ tốt tổn hao thấp nhất, đáp ứng vật liệu từ 2605SA1 với sai số máy biến dòng tốt nhiều so với tôn 23ZH90 tôn 3409 3.4.2 Trường hợp dịng sơ cấp có giá trị khác định mức Xét giá trị dòng điện sơ cấp gấp lần giá trị định mức I1 = 1200A, tải thứ cấp r2 = Ω Hình 3-15 Mơ hình mạch với dòng sơ cấp gấp lần định mức tải thứ cấp Ω 3.4.2.1 Kết mô sai số máy biến dịng với tơn 3409 Kết đạt được: Hình 3-16 Kết đạt với tơn 3409 Đường màu đỏ biểu diễn dòng điện sơ cấp định mức Đường màu xanh biểu diễn 120 lần dòng điện thứ cấp 3.4.2.2 Kết mô sai số máy biến dịng với tơn 23ZH90 Kết đạt được: Hình 3-17 Kết đạt với tơn 23ZH90 Đường màu đỏ biểu diễn dòng điện sơ cấp định mức Đường màu đậm biểu diễn 120 lần dòng điện thứ cấp 3.4.2.3 Kết mô sai số máy biến dịng với vật liệu từ vơ định hình 2605SA1 Kết đạt được: Hình 3-18 Kết đạt với tơn vơ định hình 2605SA1 Đường màu đỏ biểu diễn dòng điện sơ cấp định mức Đường màu đậm biểu diễn 120 lần dòng điện thứ cấp 3.4.2.4 Nhận xét dòng sơ cấp khác định mức: Với tơn 3409: Đường cong biểu diễn 120 lần dịng điện thứ cấp có dạng xung, có giá trị xa với đường cong dòng điện sơ cấp, sai số trị số sai số góc lúc có giá trị lớn Với tôn 23ZH90: Đường cong biểu diễn 120 lần dịng điện thứ cấp có dạng gần sin, có giá trị sát với đường cong dòng điện sơ cấp, nhiên xuất xung nhọn cuối chu kỳ Điều gây sai số lớn cho máy biến dịng Với vật liệu từ vơ định hình 2605SA1: Đường cong biểu diễn 120 lần dòng điện thứ cấp có dạng sin có giá trị tương đối sát với đường cong dịng điện sơ cấp, có xuất xung nhọn đường cong giá trị xung nhọn khơng lớn Do giá trị sai số trị số sai số góc nhỏ Như vậy, trường hợp dòng điện sơ cấp khác giá trị định mức, cụ thể gấp lần định mức (tương ứng với trường hợp dòng điện với giá trị nhỏ đường dây), đáp ứng vật liệu từ 2605SA1 với sai số máy biến dòng tốt nhiều so với tôn 23ZH90 tôn 3409 3.4.3 Trường hợp dòng sơ cấp định mức, thay đổi điện trở thứ cấp Xét giá trị dòng điện sơ cấp có giá trị định mức I1 = 600A, tải thứ cấp r2 = 1,7 Ω 3.4.3.1 Kết mơ sai số máy biến dịng với tơn 3409 Kết đạt được: Hình 3-19 Mơ hình mạch với dòng sơ cấp định mức tải thứ cấp 1,7 Ω Hình 3-20 Kết đạt với tơn 3409 Đường nét đỏ biểu diễn dịng điện sơ cấp định mức Đường nét đậm biểu diễn 120 lần dịng điện thứ cấp 3.4.3.2 Kết mơ sai số máy biến dịng với tơn 23ZH90 Kết sai số đạt được: Hình 3-21 Kết đạt với tơn 23ZH90 Đường nét đỏ biểu diễn dịng điện sơ cấp định mức Đường nét đậm biểu diễn 120 lần dịng điện thứ cấp 3.4.3.3 Kết mơ sai số máy biến dòng với vật liệu từ vơ định hình 2605SA1 Kết sai số đạt được: với Hình 3-22 Kết đạt tơn vơ định hình 2605SA1 Đường nét đỏ biểu diễn dịng điện sơ cấp định mức 120 Đường nét đậm biểu diễn lần dòng điện thứ cấp 3.4.3.4 Nhận xét dòng sơ cấp khác định mức: Khi giữ nguyên dòng điện sơ cấp thay đổi điện trở thứ cấp (từ 1Ω thành 1,7Ω) kết đạt với tôn 3409 thay đổi nhiều: Đường cong biểu diễn 120 lần dòng điện thứ cấp có dạng xung, có giá trị xa với đường cong dòng điện sơ cấp, sai số trị số sai số góc có giá trị lớn Cịn kết đạt với tơn 23ZH90 2605SA1 không thay đổi Như vậy, tác động điện trở thứ cấp lên sai số máy biến dòng nhỏ trường hợp dịng điện sơ cấp có giá trị định mức vật liệu từ có tổn hao thấp Đồng thời, qua kết đạt ta thấy đáp ứng vật liệu từ 2605SA1 với sai số máy biến dòng tốt nhiều so với tôn 23ZH90 tôn 3409 3.5 Kết luận chung Qua kết mô dựa máy biến dòng thực tế với kết dòng điện sơ cấp thứ cấp đo được, ta đưa kết luận quan hệ sai số máy biến dòng điều kiện khác (dịng điện sơ cấp có giá trị định mức không định mức, tải thứ cấp thay đổi) với mạch từ sử dụng loại vật liệu từ khác Ta thấy sai số máy biến dòng phụ thuộc nhiều vào chất lượng mạch từ phụ thuộc vào yếu tố bên ngồi (điện trở thứ cấp) Do cải thiện chất lượng vật liệu từ làm mạch từ cải thiện đáng kể sai số đạt Mặt khác, điều kiện làm việc không định mức máy biến dịng, dịng điện thứ cấp khơng có dạng sin, điều gây ảnh hưởng xấu đến thiết bị nối phía sau máy biến dịng (cơng tơ, rơle, ) Với vật liệu từ có tổn hao lõi thấp, mắt từ trễ nhỏ (23ZH90, 2605SA1) dòng điện thứ cấp đầu có giá trị gần sin tức đáp ứng tốt so với loại vật liệu từ có tổn hao lớn Đề tài nghiên cứu đưa hướng việc chế tạo máy biến dịng sử dụng vật liệu từ vơ định hình Với ưu điểm vượt trội tổn hao (tổn hao lõi, tổn hao từ trễ, ) sử dụng vật liệu từ vơ định hình làm mạch từ thiết bị điện nói chung máy biến dịng nói riêng đem lại hiệu cao điều kiện làm việc định mức mà trường hợp không định mức nghĩa thiết bị hoạt động xác, tin cậy hệ thống điện xảy cố Đồng thời, tổn hao thấp nên mạch từ sử sụng vật liệu từ vô định hình có kích thước nhỏ gọn so với mạch từ sử dụng loại tôn cán lạnh thơng thường, từ giảm kích thước thiết bị chế tạo (do kích thước mạch từ định lớn đến kích thước thiết bị) dẫn đến giảm chi phí chế tạo, giá thành sản phẩm 3.6 Tài liệu tham khảo [1] CT dimensioning for transmission line protection - an investigating into increasing saturation tolerance for protection functions, Abhishek Khanna, Wiley online library, Leeds, UK, 21 July 2010 [2] Transformer modeling as applied to differential protection, Stanley E.Zocholl, Armando Guzman, Daqing Hou, Schweitzer Engineering Laboratories, Inc, Pullman, Washington [3] Current transformer concepts, Zocholl and D.W.Smaha, 46th Annual Georgia Tech Protective Relay Conference, Atlanta, GA, April 1992 [4] Determine currnet transformer suitability using EMTP models, Ralph Folkers, Schweitzer Engineering Laboratories , Inc, Pullman, Washington [5] An efficcent compensation algorithm for current transformer saturation effects, Pan J, Khoi Vu, Hu Y, IEEE transactions on Power Delivery 2004 [6] Khí cụ điện, Phạn Văn Chới, Bùi Tín Hữu, Nguyễn Tiến Tơn, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2006 [7] Bảo vệ hệ thống điện, GS.VS Trần Đình Long, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2008 ... DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN TRUNG KIÊN NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY BIẾN DỊNG ĐO LƯỜNG TRUNG THẾ CĨ LÕI THÉP LÀ VẬT LIỆU TỪ VƠ ĐỊNH HÌNH Chun ngành:... loại biến dòng khác Trong đề tài luận văn này, nghiên cứu ảnh hưởng vật liệu từ vơ định hình cơng nghệ chế tạo máy biến dịng tức quan tâm đến độ xác máy biến dòng vận hành với lõi từ làm vật liệu. .. dòng điện thứ cấp 3.4.1.3 Kết mô sai số máy biến dịng với vật liệu từ vơ định hình 2605SA1 Đặc tính vật liệu từ vơ định hình 2605SA1 cho hình Hình 3-12 Đường cong tổn hao lõi vật liệu từ vô định