Như vậy, mô phỏng ứng suất nhiệt MBA khô trong trường hợp sự cố ngắn mạch như trình bày ở trên giúp chúng ta xác định chính xác vị trí ứng suất nhiệt lớn nhất. Từ đó, các nhà thiết kế MBA sẽ xem xét, gia cố các điểm yếu để MBA có thể chịu đựng các ứng suất lực nhiệt động khi ngắn mạch, và cao hơn nữa là chịu đựng được ứng suất lực tổng hợp lớn nhất.
123
4.5 Tính ứng suất ngắn mạch tổng hợp MBA 320kVA
Ứng suất tác dụng vào dây quấn MBA khô, tẩm cách điện epoxy là tổng xếp chồng ứng suất do lực điện từ; ứng suất do độ chênh lệch nhiệt độ giữa dây quấn và epoxy; và ứng lực do phân bố nhiệt độ không đồng đều ở lớp epoxy.
Sau khi xác định được giá trị ứng suất lực điện từ và ứng suất nhiệt, ta có thể tính ứng suất tổng hợp tại bất kì vị trí nào trên cuộn dây. Giá trị ứng suất lực điện từ ở cạnh ngoài cuộn HA được lấy ở mục 2.5. Phân bố ứng suất ngắn mạch tổng hợp ở cạnh trong cuộn HA được thể hiện trong đồ thị Hình 4.22
Hình 4.22 Phân bốứng suất ngắn mạch tổng hợp ở cạnh ngoài cùng cuộn HA
Ứng suất lực ngắn mạch tổng hợp lớn nhất ∑_HA = 85,462 MPa tại vị trí giữa cuộn dây HA (theo chiều cao y)
124
Ứng suất lực ngắn mạch tổng hợp lớn nhất ∑_CA = 65,77 MPa tại vị trí giữa cuộn dây CA (theo chiều cao y)
Như vậy ứng suất lực tổng hợp này vẫn nhỏ hơn ứng suất cho phép của đồng [Đồng] = 120 MPa [87] và epoxy [epoxy] = 100MPa [88]
Ta thấy ứng suất do lực điện từ tác động tại vùng biên ở đầu của cuộn HA là lớn và nguy hiểm, sau thời gian ngắn mạch lại cộng theo ứng suất nhiệt lại càng nguy hiểm hơn do ứng suất của lớp epoxy tạo ra cùng chiều với ứng suất điện từ. Nên cần phải gia cố - xử lý về mặt công nghệ chế tạo để giảm nguy hiểm vùng biên này.
4.6 Áp dụng phân tích ứng suất ngắn mạch tổng hợp bằng phương pháp PTHH trên MBA khô lõi thép VĐH
Trong tài liệu [9], các nhà nghiên cứu đã tính ứng suất lực ngắn mạch điện động cho mô hình MBA VĐH 630kVA 22/0,4kV bằng phương pháp số và phương pháp giải tích. Đối với ứng suất nhiệt ngắn mạch MBA VĐH 630kVA trong tài liệu [9] mới chỉ sử dụng phương pháp giải tích đồng thời sử dụng các hệ số về nhiệt của vật liệu của epoxy là hằng số chưa xét đến ảnh hưởng phân bố nhiệt cũng như việc các thông số nhiệt của vật liệu epoxy thay đổi theo nhiệt độ. Ứng suất nhiệt ngắn mạch được tài liệu [9] tính toán là ứng suất nhiệt trung bình trên các biên chưa tìm được phân bố chi tiết ứng suất nhiệt cũng xác định chính xác vị trí điểm có ứng suất nhiệt lớn nhất.
Vì vậy, trong phần này, tác giả áp dụng kết quả về thông số nhiệt của vật liệu epoxy thay đổi theo nhiệt độ thu được từ thực nghiệm, kết hợp với mô hình mô phỏng phân bố nhiệt để xác định phân bố nhiệt MBA VĐH 630kVA ở chế độ ngắn mạch sự cố. Từ dữ liệu về phân bố nhiệt của MBA ở chế độ ngắn mạch, chúng ta có thể tiếp tục sử dụng phần mềm Ansys Workbench để mô phỏng, tính toán ứng suất nhiệt của MBA. Quá trình mô phỏng tính toán ứng suất nhiệt MBA khi ngắn mạch trên phần mềm Ansys Workbench là sự tương tác giữa 3 môi trường Maxwell – Fluent – Structure. Trong quá trình mô phỏng tính toán có xét đến việc các thông số của vật liệu epoxy thay đổi theo nhiệt độ. Các đường đặc tính về tính chất nhiệt của vật liệu epoxy theo nhiệt độ và các thông số này sẽ được sử dụng để tính toán, mô phỏng, phân tích ứng suất nhiệt ngắn mạch ở phần này.
4.6.1 Phân bố nhiệt MBA VĐH 630kVA ở chếđộ ngắn mạch sự cố
Chúng ta xem xét MBAVĐH 630 kVA-22/0,4 kV, sơ đồ nối dây Δ/Υ với các thông số kích thước như trong tài liệu [9], PHỤ LỤC 2. Tiết diện lõi thép VĐH có kích thước hình chữ nhật có bề dày a = 180 mm; bề rộng băng b = 292 mm, chiều cao cửa sổ mạch Hcs = 510 mm; khoảng cách giữa hai tâm trụ Mo = 415 mm.
Từ các thông số trên, tác giả đã xây dựng mô hình MBA trong môi trường phân tích Maxwell 3D. Để giảm thời gian tính toán và mô hình có tính chất đối xứng nên khảo sát mô hình 3D mặt cắt ½. Vật liệu cách điện và cấu trúc hỗ trợ đang bị bỏ qua trong mô hình tài liệu [9] được luận văn bổ sung nghiên cứu trong phần này.
125
Hình 4.24 Mô hình MBAVĐH trong phân tích Ansys Maxwell 3D[9]
Khi MBA ngắn mạch, dòng điện tăng đột ngột làm tăng tổn hao, tăng nhiệt độ của máy. Trong khoảng thời gian ngắn sau ngắn mạch, nhiệt lượng do dòng ngắn mạch sinh ra chưa kịp truyền ra môi trường xung quanh, chỉ làm tăng nhiệt độ dây quấn, gây ra chênh lệch nhiệt độ đáng kể giữa dây quấn và epoxy. Kết quả mô phỏng cho thấy nhiệt độ cao nhất tập trung ở pha B Hình 4.25.
(a) (b)
Hình 4.25 Phân bố nhiệt (a) cuộn dây và (b) epoxy pha B MBA VĐH sau NM 3s
Nhiệt độ phần dây quấn HA cao hơn phần dây quấn CA. Những dữ liệu mô phỏng từ mục này được sử dụng để phân tích và đưa ra kết quả ứng suất lực nhiệt động trên cuộn CA và HA pha B.
4.6.2 Ứng suất nhiệt ngắn mạch MBA VĐH 630kVA
Kết quả mô phỏng phân bố ứng suất lực nhiệt động ngắn mạch MBA thể hiện ở
126