8. Cấu trúc nội dung của luận án
2.4 Cấu trúc của CKBN
Như đã đưa ra ở phần phân loại, tùy theo loại cuộn kháng là cuộn kháng khô hay cuộn kháng dầu mà cấu trúc của cuộn kháng sẽ khác nhau. CKBN dùng trong lưới điện cao áp thường là loại cuộn kháng dầu có dây quấn và mạch từ, tùy theo kiểu mạch từ mà cấu trúc mạch từ có thể có trụ hoặc không có trụ trong cuộn dây. Dưới đây trình bày tương ứng cấu trúc các phần chính của CKBN là cấu trúc mạch từ và dây quấn.
2.4.1 Cấu trúc mạch từ
Cũng giống như MBA điện lực, mạch từ của CKBN dùng để dẫn từ thông, được chế tạo bằng các lá thép kỹ thuật điện cán nguội có từ thẩm lớn và suất tổn hao nhỏ ghép lại với nhau tạo thành phần trụ và phần gông. Cuộn kháng cho lưới điện ba pha có thể có cấu trúc ba pha hoặc tổ ba cuộn kháng một pha. Có nhiều kiểu cuộn kháng một pha và ba pha với cấu trúc mạch từ khác nhau. Hình 2.9 mô tả cấu trúc mạch từ cuộn kháng một pha một cuộn dây.
Gông và trụ ngoài Mạch từ
Các khối trụ Dây quấn
Dây quấn
(a) (b)
Hình 2.9 CKBN một pha một cuộn dây: (a) có trụ giữa, (b) không có trụ giữa
Cấu trúc CKBN Hình 2.9a có cuộn dây quấn xung quanh trụ giữa, phần trụ này được chia thành nhiều khối trụ xen giữa bởi các khe hở để tăng từ trở mạch từ.
25
Hình 2.10 Tấm ceramic ngăn cách giữa các khối trụ
Để tạo khe hở ngăn cách giữa các khối trụ thường dùng các tấm ceramic như mô tả trên Hình 2.10. Phần gông trên và gông dưới được ghép với phần trụ hai
Xà ép gông Lá thép Bu lông (a) Xà ép gông Lá thép Bu lông (b) Hình 2.11 Cấu trúc xà ép gông bên và được ép chặt bằng xà ép gông, hai tấm xà ép gông đặt ở hai mặt trước và sau của gông được giữ chặt bằng bu lông xuyên qua gông với máy cỡ nhỏ hoặc bu lông xuyên ngoài gông với máy lớn như mô tả trên Hình 2.11.
Ngoài cấu trúc CKBN một pha một dây quấn, CKBN một pha còn có cấu trúc hai dây quấn trên hai trụ như mô tả trên Hình 2.12. So với cấu trúc ở Hình 2.12a, cấu trúc CKBN như Hình 2.12b có thêm hai trụ phía bên ngoài không có khe hở trên đó và không có dây quấn, phần mạch từ này để khép kín từ thông chính trong mạch từ tránh thành phần từ thông cắt qua vách thùng dầu gây tăng tổn hao và tăng nhiệt trên vách thùng.
Gông Dây quấn Các khối trụ (a)
Hình 2.12 CKBN một pha hai cuộn dây có hoặc không có trụ ngoài
Tương tự như CKBN một pha, CKBN ba pha cũng có kiểu mạch từ có trụ trong cuộn dây với khe hở phân bố trên trụ và kiểu mạch từ không có trụ trong cuộn dây. CKBN có cấu trúc như
Hình 2.13a còn được gọi là cuộn kháng ba pha ba trụ, dây quấn từng pha quấn trên các trụ tương ứng. Cuộn kháng kiểu này có tiết diện phần gông trên và gông dưới tối thiểu bằng tiết diện trụ. Ở
Hình 2.13b là loại cuộn kháng không có trụ trong cuộn dây, do không có trụ trong cuộn dây nhằm định hướng từ thông nên kiểu cuộn kháng này có thành phần từ thông rò lớn ảnh hưởng tới dây quấn. Với CKBN ba pha ba trụ, khi tăng công suất sẽ tăng kích thước mạch từ và dây
26
download by : skknchat@gmail. com
Gông Dây quấn Khối trụ (a)
Hình 2.13 CKBN ba pha: (a) có trụ giữa, (b) không có trụ trong cuộn dây
quấn, để giảm bớt chiều cao máy tạo thuận lợi cho quá trình vận chuyển tới nơi lắp đặt và giảm thành phần từ trường móc vòng với vỏ máy, CKBN dùng trong lưới điện cao áp có công suất lớn thường có cấu trúc ba pha năm trụ. Ngoài ba trụ giữa đặt dây
quấn từng pha trên đó còn có hai trụ ngoài cùng, từ thông trên từng trụ cơ bản độc lập và được khép mạch qua gông và trụ ngoài cùng này. Do từ thông trên gông và hai trụ ngoài chỉ bằng một nửa từ thông trên các trụ giữa, nên giảm tiết diện gông và hai trụ bên, khi đó sẽ giảm được chiều cao tổng thể của mạch từ. Cấu trúc CKBN ba pha năm trụ như mô tả trên Hình 2.14a, loại tương ứng nhưng
không có trụ trong cuộn dây được mô tả như trên Hình 2.14b.
Cấu trúc CKBN ba pha năm trụ mặc dù có kích thước bề rộng lớn hơn, nặng hơn loại ba pha ba trụ nhưng có chiều cao thấp hơn và giảm ảnh hưởng bởi từ thông
(a) (b)
Hình 2.15 Từ thông trong mạch từ và từ thông rò móc vòng trên vách thùng [71]
27
rò lên vách thùng như mô tả trên Hình 2.15 nên được sử dụng phổ biến ở các CKBN có công suất lớn dùng trong lưới điện cao áp và siêu cao áp.
Hình 2.16 mô tả CKBN ba pha kiểu bọc (shell form) [71], khác so với MBA kiểu bọc, ở CKBN kiểu bọc có cấu trúc mạch từ bao xung quanh dây quấn. Với
mạch từ kiểu bọc, từ thông chảy khép kín trong phần mạch từ độc lập giữa các pha.
2.4.2 Cấu trúc dây quấn
Cấu trúc dây quấn của CKBN dùng trong lưới điện cao áp cũng có những đặc điểm tương tự như dây quấn cao áp của MBA, khác biệt là mỗi pha dây quấn của CKBN chỉ gồm một cuộn dây được mắc song song với lưới điện. Cấu trúc dây quấn CKBN cần phù hợp nhằm cải thiện phân bố điện áp ban đầu không đồng đều trên dây quấn. Phân bố điện áp ban đầu trên dây quấn CKBN có trung tính nối đất như mô tả
trên Hình 2.17 [72]. Hệ số phân bố càng lớn thì điện áp phân bố càng không đồng đều trên các bánh dây, ví dụ mô tả trên Hình 2.17, khi = 10 thì điện áp trên 20% số bánh dây đầu chiếm đến 80% điện áp trên cả cuộn dây, trong khi 80% số bánh dây còn lại chỉ chịu có 20% điện áp. Để giảm giá trị hệ số cần tăng giá trị điện dung nối tiếp, là điện dung giữa các vòng dây và điện dung giữa các bánh dây. Để tăng thành phần điện dung nối tiếp tương đương có thể thay đổi cách quấn dây để tăng được điện áp giữa các vòng dây liền kề hay các bánh dây cạnh nhau, hoặc bổ xung vòng điện dung vào các vị trí khác nhau trên cuộn dây, trong hai kiểu dây quấn thường dùng cho CKBN là dây quấn kiểu xoắn ốc liên tục và dây quấn kiểu đan xen.
2.4.2.1 Dây quấn xoắn ốc liên tục
Dây quấn CKBN kiểu xoắn ốc liên tục được chia thành các bánh dây [73], số bánh dây được chọn sao cho điện áp mỗi bánh dây vào khoảng 1000V đến 3000V với điện áp cao áp hay lên tới trên 6000V với điện áp siêu cao áp. Để giảm độ chênh lệch phân bố điện áp ban đầu trên các bánh dây cần tăng điện dung nối tiếp trên cuộn dây
28
download by : skknchat@gmail.com
đầu trên dây quấn [72]
Hình 2.17 Phân bố điện áp ban
Hình 2.18 Dây quấn xoắn ốc liên tục [73]
bằng cách dùng vòng điện dung (vòng tĩnh điện) phía trên đầu bánh dây hoặc giữa các bánh dây như trên Hình 2.19.
Một kiểu khác để nâng cao giá trị điện dung nối tiếp là sử dụng màn chắn tĩnh điện quấn cùng các vòng dây [74]. Số lượng màn chắn giảm dần trên các bánh dây từ bánh dây có đầu dây vào, để phù hợp với ứng suất điện áp dọc chiều cao của dây quấn.
2.4.2.2 Dây quấn đan xen
Kiểu dây quấn đan xen thường được sử dụng cho MBA hay CKBN dùng trong lưới điện cao áp và siêu cao áp. Cách quấn dây đan xen giúp tăng đáng kể giá trị điện dung nối tiếp tương đương giữa các vòng dây và bánh dây.
Hình 2.21 Các kiểu dây quấn đan xen [75]
Ở kiểu dây quấn đan xen [75], điện áp giữa 2 vòng dây liền kề vật lý với nhau lớn hơn nhiều lần kiểu dây quấn xoắn ốc liên tục. Thông qua việc đan xen dây quấn sẽ làm tăng điện áp giữa các vòng dây cạnh nhau, từ đó tăng đáng kể điện dung nối tiếp tương đương trên dây quấn mà không thay đổi số vòng dây và kích thước dây quấn, cải thiện đường cong phân bố điện áp ban đầu có gradient điện áp nhỏ hơn, hay
29
phân bố điện áp ban đầu đồng đều hơn. Có nhiều kiểu và cách thức thực hiện quấn dây đan xen [76].
Các CKBN dùng trong lưới điện cao áp và siêu cao áp, do có điện áp và công suất lớn nên mỗi pha dây quấn thường được chia thành hai nửa cuộn dây thành hai nhánh song song, quấn ngược chiều nhau trên cùng một trụ, nhờ đó có thể chuyển đầu đầu pha dây quấn vào khoảng giữa trụ [77]. Cách quấn dây này giúp tăng điện dung nối tiếp, giảm khoảng cách cách điện giữa dây quấn với gông, chia đôi dòng điện trong dây quấn nên giảm được lực điện từ tác động lên dây quấn.
Hình 2.22 Kiểu dây quấn với đầu đầu
ởgiữa cuộn dây [77]