5. Cấu trúc nội dung của luận án
4.9. Kết luận chƣơng 4
Trong chương này, luận án tiến hành mơ phỏng MB VĐH 3 pha cĩ cơng suất 630kVA- 22/0,4kV đã được chế tạo tại cơng ty biến thế SANAKY Hà N i, trong trường hợp khơng tải và ngắn mạch định mức, các kết quả về giá trị d ng điện, điện áp sai lệch 5% so với thực tế, tổn hao khơng tải và ngắn mạch sai số 2,4% so với kết quả th nghiệm của nhà sản xuất. Trên cơ sơ đúng đắn của mơ hình mơ phỏng, thực hiện cho ngắn mạch sự cố đồng thời cả 3 pha phía hạ áp MBA tại thời điểm 15 ms vì tại thời điểm này giá trị điện áp của pha B về 0, khi đĩ d ng điện ngắn mạch cĩ giá trị lớn nhất. Kết quả d ng điện ngắn mạch trên pha B của cu n C và H đạt giá trị cực đại tại thời điểm 25 ms, giá trị này lớn gấp 22,6 lần i n đ dịng điện định mức.
Tại thời điểm t = 25 ms, tiếp t c phân tích kết quả từ cảm tản, ứng suất lực điện từ hướng k nh và hướng tr c tác d ng vào cu n CA và HA. Tại thời điểm ngắn mạch này, từ cảm tản trên vùng cu n d y tăng l n B =1,5356 T c n từ cảm trong mạch từ giảm đi và lúc này từ cảm tản phân bố tập trung ở khu vực giữa hai cu n CA và HA là lớn nhất, từ cảm tản tại cạnh ngồi cùng cu n HA Bxzmax = 1,454T và tại cạnh trong cùng cu n CA Bxzmax = 1,492T. Sau đĩ, tìm phân bố ứng suất lực tại mặt cắt Oxz của mặt phẳng đối xứng để so sánh các kết quả này với phương ph p giải tích và PTHH 2D, tổng ứng suất lực lớn nhất tại cạnh ngồi cùng cu n HA xzmax = 5,444.107 N/m2, tại cạnh trong cùng cu n CA xzmax = 3,427.107 N/m2 với sai số lần lượt là 9,4% và 3,9% so với phương ph p giải tích. Kết quả của phân tích mơ hình mặt cắt 0xz đã chỉ ra vùng giữa cu n HA và CA cĩ ứng lực lớn nhất và chưa vượt quá giới hạn cho phép.
Ta thấy rằng, về khả năng ph n t ch ứng suất lực ở phương ph p PTHH 2D và giải tích, chỉ thường áp d ng cho các MBA cĩ tiết diện trịn hoặc vật thể cĩ chiều dài lớn. Do đĩ khơng thể áp d ng cho cấu trúc đặc biệt của MBA cĩ lõi thép VĐH cĩ dây quấn tiết diện hình chữ nhật. Chính vì vậy cần khảo sát, phân tích ở mơ hình 3D. Trong mơ hình 3D này, khảo sát 10 vị trí trên vịng dây tại vùng biên ngồi cùng của cu n HA và biên trong cùng của cu n CA, kết quả vị trí cĩ ứng suất lực lớn nhất ở vùng mép cong của vịng dây, tức là tại vị trí 4 và 6 cĩ giá trị lớn nhất, cu n HA xyzmax = 5,789.107 (N/m2) và cu n CA xyzmax = 3,975.107 (N/m2).
Điều này cho thấy rằng, ở ưu điểm phương ph p PTHH 3D khơng những x c định được ứng suất ở 1 vị trí trên cu n dây mà cịn x c định được ứng suất trên tất cả các vị trí của cu n dây, từ đĩ x c định đúng vị trí cĩ ứng suất lực lớn nhất.
Do đặc điểm phân bố ứng suất lực khơng đồng đều trên vịng dây n n để đ nh gi và khuyến cáo sự ph thu c của ứng suất lực vào bán kính cong của cu n dây, luận án đã tiến hành mơ phỏng nhiều trường hợp với n k nh cong thay đổi từ vuơng đến trịn (r = 2; 10; 12; 18; 30; 45 và 90 mm). Khi bán kính cong r của cu n dây giảm làm cho chiều dài cu n dây HA và CA giảm, d ng điện ngắn mạch tăng l n và tại r = 2 mm thì dịng điện ngắn mạch đạt giá trị lớn nhất, lúc đĩ ứng suất lực cũng sẽ là lớn nhất.
Kết quả mơ phỏng nhiều trường hợp đã x c định hai đường cong quan hệ giữa ứng suất và bán kính cong r dây quấn:
+ Đường cong 1 : Đ nh gi sự thay đổi của giá trị ứng suất theo bán kính cong; + Đường cong (2): Hệ số tăng cường của ứng suất theo hệ số a (hệ số a r R
r
;
với r là bán kính cong dây quấn và R là k ch thước lõi thép). Đường (2) chỉ ra rằng khi thay đổi bán kính từ tr n đến vuơng thì ứng suất lực sẽ tăng l n 31%. Đường cong này giúp cho việc đ nh gi sự ph thu c ứng suất lực vào bán kính cong dây quấn chính xác và khuyến cáo về việc lựa chọn hợp lí giữa bán kính cong dây quấn theo đ tăng của ứng suất lực điện từ.
Ứng suất tổng hợp tác d ng vào dây quấn MBA khơ bọc epoxy bao gồm: (1) Ứng suất do lực điện từ
(2) Ứng suất nhiệt do chênh lệch nhiệt đ giữa dây quấn và epoxy
Do đĩ trong cuối chương, luận n đã tính ứng suất nhiệt và ứng suất tổng hợp tác d ng lên dây quấn HA bọc lớp epoxy. Kết quả tính tốn cho thấy ứng suất do lực điện từ t c đ ng tại vùng biên bên ngồi của cu n HA là lớn và nguy hiểm, sau thời gian ngắn mạch lại c ng theo ứng suất nhiệt lại càng nguy hiểm hơn.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Đĩng gĩp khoa học của luận án
Tồn b n i dung gồm cĩ 4 chương và c c kết quả trong luận n đã chỉ ra việc xây dựng mơ hình tốn và áp d ng phương ph p PTHH 2D 3D t nh to n ứng suất lực trên dây quấn, x c định vị trí cĩ ứng suất lớn nhất trên dây quấn hình chữ nhật và cách lựa chọn hợp lí kích thước bán kính cong của dây quấn theo hệ số gia tăng ứng suất lực. Luận n đã đạt được m t số kết quả nghiên cứu mới được tĩm lược lại như sau:
(1) Xây dựng mơ hình tốn tổng quát của từ trường tản trong c a sổ mạch từ MBA với từ thế vectơ A. Ứng d ng phương ph p giải t ch và PTHH 2D để tính ứng suất lực hướng tr c và hướng kính trên các dây quấn trong trường hợp ngắn mạch 3 pha đối xứng phía HA. Kết quả về d ng điện ngắn mạch cực đại, từ trường tản và ứng suất lực trên cu n dây HA và CA của hai phương ph p này được so sánh với nhau.
(2) X c định vị trí cĩ giá trị ứng suất lực điện từ lớn nhất trên vịng dây cu n HA và CA hình chữ nhật của MB VĐH trong trường hợp ngắn mạch 3 pha đối xứng bằng phương ph p PTHH 3D. Tính tốn ứng suất nhiệt do sự chênh lệch nhiệt đ giữa dây quấn và c ch điện epoxy, từ đĩ x c định ứng suất tổng hợp tác d ng lên dây quấn bọc epoxy. Kết này được so sánh với ứng suất tiêu chuẩn cho phép của dây quấn MBA.
(3) Xây dựng đường cong kh i qu t đ nh gi đ tăng của giá trị ứng suất theo bán kính cong cu n d y kh c nhau. Thơng qua đường cong này, nếu thay đổi bán kính từ tr n đến vuơng thì ứng suất lực sẽ tăng l n 31%, khuyến c o cho người thiết kế MBA lựa chọn hợp lí bán kính cong dây quấn.
Hƣớng phát triển của luận án
Nghiên cứu cĩ thể phát triển tiếp theo c c hướng như sau:
- Mở r ng bài tốn tìm phân bố điện trường trên dây quấn cĩ cấu trúc hình chữ nhật; - Đường cong lựa chọn phù hợp bán kính cong dây quấn theo chỉ tiêu kinh tế;
- Xây dựng m t qu trình t nh Điện từ - Cơ - Nhiệt để tìm ra bề dày lớp epoxy đồng thời đem lại hiệu quả tản nhiệt tốt nhất cho các cu n dây.
DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN
[1] Đồn Thanh Bảo, Đỗ Chí Phi, Phạm Văn Bình, Đồn Đức Tùng, Võ khánh Thoại, (2014), Phân tích lực điện từ ngắn mạch của máy biến áp vơ định hình, Tạp chí Khoa học và cơng nghệ Đại học Đà Nẵng, ISSN 1859 -1531, Số 11(84) quyển 2, trang 1-4.
[2] Đồn Thanh Bảo, Đỗ Chí Phi, L Xu n Đại, Phạm Hồng Hải (2014), Ứng dụng phương pháp số trong tính tốn và mơ phỏng máy biến áp điện lực, Tuyển tập h i nghị khoa học và cơng nghệ điện lực tồn quốc 2014, trang 460-468.
[3] Đồn Thanh Bảo, Phạm Văn Bình, Phạm H ng Phi, Đỗ Ch Phi, L Xu n Đại (2015), Tính tốn từ trường tản và lực điện từ ngắn mạch trong dây quấn máy biến áp bằng phương pháp giải tích và phần tử hữu hạn, Tạp chí Khoa học và Cơng nghệ c c trường Đại học Kỹ thuật, ISSN 0868 -3980, số 104, trang 18-23.
[4] Đồn Thanh Bảo, Đặng Thị Từ Mỹ, Phạm Hồng Hải, Phạm Văn Bình 2015 , Phân tích lực điện từ ngắn mạch trong dây quấn máy biến áp bằng phương pháp phần tử hữu hạn theo miền thời gian, Tạp chí Khoa học và cơng nghệ Đại học Đà Nẵng, ISSN 1859 -1531, Số 5(90), trang 10-14.
[5] Đồn Thanh Bảo, Đỗ Chí Phi, Huỳnh Đức Hồn, Phạm Văn Bình, Phạm Hùng Phi (2015), Phân tích lực điện từ ngắn mạch tác dụng lên dây quấn máy biến áp lõi thép vơ định hình bằng phương pháp phần tử hữu hạn, Tạp chí Khoa học và Cơng nghệ c c trường Đại học Kỹ thuật, ISSN 2354 -1083, số 108, trang 12-18.
[6] Đồn Thanh Bảo, Đỗ Chí Phi, Phạm Hùng Phi, Phạm Văn Bình 2015 ,
Vị trí ứng suất ngắn mạch lớn nhất trên dây quấn của máy biến áp lõi thép vơ định hình, Tạp chí Khoa học và cơng nghệ Đại học Đà Nẵng, ISSN 1859 -1531, số 11(96) quyển 1, trang 1-7.
[7] Đồn Thanh Bảo, Đồn Đức Tùng, Phạm Hùng Phi, Phạm Văn Bình 2015 ,
Tính tốn ứng suất lực ngắn mạch tổng hợp trên dây quấn của máy biến áp lõi thép vơ định hình, Tạp chí Khoa học và cơng nghệ Đại học Đà Nẵng, ISSN 1859 -1531, số 11(96) quyển 2, trang 5-10.
Đề tài khoa học – Cơng nghệ
[1] Đồn Thanh Bảo, Đề tài: Nghiên cứu phân bố từ trường và tổn hao của máy biến áp vơ định hình tiết kiệm điện năng, Giấy khen: 5739/QĐ-BGDĐT - giải khuyến kh ch “Tài năng khoa học trẻ Việt Nam” dành cho giảng viên trẻ năm 2012 do B Giáo d c và Đào tạo tổ
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt
[1] B Cơng thương 2009 “Nghi n cứu thiết kế và chế tạo máy biến áp cĩ tổn hao khơng tải thấp, s d ng vật liệu thép từ vơ định hình, siêu mỏng, chế tạo trong nước,” Quyết định số 6228/GĐ – BCT của Bộ trưởng Bộ Cơng Thương, ngày 10 tháng 12 năm 2009 của Cơng ty cổ phần chế tạo biến áp và vật liệu điện Hà Nội.
[2] Catalogue - Máy biến áp khơ loại đúc 2009 “Cơng ty cổ phần thiết bị điện - (Electrical Equipment Joint Sock Company) - Tổng cơng 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 hiện đại trong nghiên cứu tính tốn thiết kế kỹ thuật điện,” Nxb Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội, pp. 1–291.
[4] Đồn Thanh Bảo - luận văn thạc s khoa học 2010 “Nghi n cứu chế tạo máy biến áp cĩ lõi thép s d ng vật liệu vơ định hình,” Viện Điện, Trường Đại học Bách khoa Hà nội.
[5] Nguy n Hoa Thịnh - Nguy n Đình Đức 2002 “Vật liệu composite cơ học và cơng nghệ,” Nxb Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội, pp. 1–351.
[6] Nguy n Hồng Nghị - Phạm Văn Bình 2009 “S d ng vật liệu từ tiên tiến để chế tạo lõi biến thế - Xu thế trên thế giới và khả năng của 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 và 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 năng 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 và 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
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 min 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 1- kVA 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.
[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 Two- Dimensional 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 morphous Transformers,” http://www.hitachi-ies.co.jp/english/, pp. 1–10.
[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
Electromagnetic Force nalysis,” International conference on Electrical Machines and