Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm  Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm L IM Đ U Máy biến áp là bộ biến đ i c m ứng đ n gi n dùng để biến đ i dòng đi n xoay chiều từ đi n áp này thành dòng đi n xoay chiều khác có đi n áp khác. Các dây quấn và m ch từ của nó đứng yên và quá trình biến đ i từ tr ng để sinh ra sức đi n động c m ứng trong các dây quấn đ ợc thực hi n bằng dây cáp đi n. Máy biến áp ngày nay đ ợc sử dụng trong nhiều lĩnh vực. Nh máy biến áp lò, máy biến áp hàn, máy biến áp đo l ng, máy biến áp thử nghi m… Máy biến áp thử nghi m t o ngu n đi n áp cao là thiết bị chủ yếu của phòng thử nghi m. Máy đ ợc thử nghi m các thiết bị cao áp, các thành phần kết cấu, cấu trúc cách đi n, dùng trong đo l ng ... Máy này có thể vận hành trong nhà kín hoặc ng i tr i. Phòng thử nghi m cao áp với các ngu n đi n khác nhau (nh xoay chiều, một chiều, đi n áp xung…) có nhi m vụ xác định độ bền cách đi n hoặc xác định các khuyết tật (nh phóng đi n cục bộ) trong những điều ki n thử nghi m (nhi t độ, độ ẩm, áp suất…) và môi tr ng nhất định (ăn mòn) t ng ứng với điều ki n làm vi c của các thiết bị hoặc kết cấu cách đi n khi vận hành. Ng i ra sau khi sửa chữa hoặc kiểm tra tra định kỳ ph i thử nghi m l i t i vị trí làm vi c của các thiết bị. Nhận thức đ ợc vai trò và tầm quan trọng của máy biến áp thử nghi m, em đã thực hi n đề tài thiết kế máy biến áp cao áp dùng để thử nghi m các thiết bị đi n. Đề tài đ ợc trình bày thành sáu ch ng: Ch ng I: Tìm hiểu về máy biến áp cao áp. Ch ng II: Tìm hiểu công ngh chế t o máy biến áp cao áp. Ch ng III: Các ph ng án về dây quấn. Ch ng IV: Tính t n lõi thép và dây quấn. Ch ng V: Tính t n các tham s . Ch ng VI: Tính m ch b o v , đo l ng, điều khiển. Do sự hiểu biết thực tế và th i gian có h n nên kh luận không thể tránh những sai sót, rất mong nhận đ ợc ý kiến của các thầy, cô và các b n để kh luận của em đ ợc h n thi n h n. Xin chân thành c m n các thầy cô trong bộ môn thiết bị đi n – đi n tử , khoa đi n – Tr ng đ i học bách khoa Hà Nội đã nhi t tình gi ng d y và giúp đỡ em trong học tập t t nhất là th i kỳ làm đ án t t nghi p. Em xin chân thành c m n thầy Chu Đình Khiết đã trực tiếp h ớng dẫn chỉ b o em để h n thành đ án t t nghi p này. 1 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm Chương 1 TÌM HI U V MÁY BI N ÁP CAO ÁP I. Nguyên lý c u t o c a b th nghi m cao áp: Thông th ng một phòng thử nghi m (môi tr ng thử nghi m) đi n áp cao đ ợc trang bị h n chỉnh, phục vụ t t cho công tác nguyên cứu và chế t o các thiết bị đi n cao áp g m những thành phần nh hình vẽ sau: H th ng thử nghi m g m các thiết bị sau: 1-Thiết bị thử nghi m đi n áp tăng cao tần s công nghi p và các thiết bị phụ trợ đi kèm. 2 - Thiết bị thử nghi m đi n áp một chiều. 3 - Thiết bị thử nghi m đi n áp xung. 4 - Thiết bị thử nghi m đi n áp dòng xung. 5 - Các thiết bị t o môi tr ng, điều ki n thử nghi m, các thiết bị phục vụ khác công tác thử nghi m đ ợc t t…. Ta sẽ xét kỹ ba thiết bị đầu vì trong đó có sử dụng các máy t o đi n áp cao để thử nghi m. H th ng dịch chuyển T o điều ki n thử nghi m Ngu n cao áp H th ng cung cấp H th ng thử nghi m H th ng n i đất Đ i t ợng thử nghi m Hình 1.1. Môi tr H th ng đo l ng, điều khiển H th ng b ov ng thử nghi m cao áp 1. Thi t b th nghi m đi n áp tăng cao t n s công nghi p: 2 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm Thiết bị này đ ợc dùng để thử nghi m cách đi n của thiết bị đi n. Vi c thử nghi m thiết bị hoặc kết cấu cách đi n bằng đi n áp tăng cao tần s công nghi p cho phép xác định các khuyết tật làm gi m độ bền đi n và tu i thọ của thiết bị mà các ph ng pháp khác không xác định đ ợc. Thử nghi m bằng bi n pháp c b n để xác định dự trữ độ bền cách đi n của các thiết bị trong các điều ki n của nhà máy chế t o cũng nh t i n i sử dụng. Vì vậy các thiết bị cấp đi n áp d ới 35 kV chịu thử nghi m c trong vận hành, còn các thiết bị cấp đi n áp cao h n đ ợc thử nghi m trong điều ki n phòng thử nghi m. Ngu n đi n áp thử nghi m cần ph i đ m b o trên đi n áp đặt lên đ i t ợng thử nghi m, và xác định đ ợc dòng ngắn m ch khi chọc thủng hoặc phóng đi n bề mặt đ i t ợng thử nghi m không nh h n 1 (A). Khi thử nghi m cách đi n bên trong và bên ng i tr ng thái khô, thì cho phép sử dụng các thiết bị có dòng ngắn m ch nh h n, nh ng không nh h n 0,3 (A). Th i gian thử nghi m đ i với cách đi n bên trong bằng giấy dầu, chất l ng, sứ đi n áp xoay chiều là một phút và đ i với các d ng đi n áp khác cấp đi n áp 220 (kV) tr xu ng thì làm từ vật li u cách đi n hữu c , cách đi n cáp đi n là 5 phút. Cách điêïn bên ng i chịu sự duy trì đi n áp thử nghi m xoay chiều là không quy định. Theo các quy định về thử nghi m thì vi c nâng đi n áp từ không đến giá trị 1/ 3 trị s đi n áp thử nghi m đ ợc thực hi n với t c độ tuỳ ý và có thể đọc đ ợc những chỉ s trên dụng cụ đo. Sau đó đi n áp đ ợc tăng nhanh đến đi n áp thử nghi m, khi đ t giá trị xác định thì ph i giữ không đ i trong th i gian thử nghi m, chú ý là khi đi n áp cao h n ¾ đi n áp thử nghi m thì cần ph i đ m b o kh năng cắt nhanh của thiết bị thử. Vi c gi m đi n áp ph i nhanh và tr n đều, khi đi n áp nh h n 1/3 đi n áp thử nghi m thì cho phép cắt đi n. Độ l ch tần s so với định mức không v ợt quá 10% (tức trong kho ng (45 ÷ 55) Hz). Các sóng hài bậc cao làm biến d ng di n áp thử nghi m so với hình sin t n bộ thiết bị thử nghi m không v ợt qúa 5%. Giá trị hi u dụng của đi n áp thử ngh m cho mỗi lo i cách đi n và cấp đi n áp định mức thì thay đ i trong giới h n rộng từ 3÷5 (kV) khi thử cách đi n của ngu n dây đi n áp thấp, cho đến 1,2 (MV) khi thử cách đi n ng i giữa các pha của thiết bị cấp đi n áp 500 kV và cao h n nữa. S đ kh i của thiết bị thử nghi m đi n áp tăng cao tần s công nghi p nh hình vẽ: R1 N 1 2 3 R2 4 5 6 3 Đồ án tốt nghiệp Hình1.2. S đ kh i thử nghiêm Thiết kế máy biến áp thử nghiệm đi n áp xoay chiều tần s công nghi p Bộ điều chỉnh dùng để điều chỉnh biên độ, tần s hoặc pha của đi n áp đ a vào cuộn s cấp của ngu n cao áp 3. Trong tr ng hợp đ n gi n là máy biến áp tự ngẫu hoặc là bộ điều chỉnh pha. Trong tr ng hợp phức t p h n ng i điều chỉnh biên độ còn đòi h i ph i đều chỉnh tần s thì cần có máy phát đi n kiểu máy phát có h th ng kh i động, điều khiển và điều chỉnh tần s quay. Thiết bị đo l ng đo đi n áp s cấp. Ngu n đi n áp cao. Đ i t ợng thử nghi m. Thiết bị đo đi n áp cao. Bộ phóng đi n đo l ng, có đi n áp chọc thủng cao h n (10 ÷ 20)% đi n áp thử nghi m để ngăn ngừa vi c đ a đi n áp quá cao vào đ i t ợng thử nghi m. R1, R2 - là các đi n tr h n chế dòng đi n khi chọc thủng đ i t ợng thử nghi m hoặc khi phóng đi n bề mặt giá trị không nguy hiểm cho vùng cao áp. Ngu n cao áp 3 là các máy biến áp tăng áp, các máy biến áp n i cấp hoặc các m ch cộng h ng. Yêu cầu chính của các máy này không có phóng đi n cục bợ trong b n thân máy biến áp đi n áp thử nghi m, các sóng hài làm biến d ng đi n áp là nh và không v ợt quá (2 ÷ 2,5)% thành phần c b n. Để t o đi n áp cao h n 105 (kV) thì cấu trúc của máy biến áp tr nên phức t p, tránh sự xuất hi n cộng h ng t o b i đi n c m riêng và đi n c m t n tới đi n dung của cuộn dây đ ợc n i với thanh góp và đ i t ợng. Để t o đi n áp cao có thể n i cấp các máy biến áp. Công suất các máy biến áp thử nghi m phụ thuộc vào công suất tích đi n của các thiết bị thử nghi m và đ ợc xác định theo đi n dung của chúng cùng với đi n áp thử nghi m. P = W.C.U2 .10-9 (kVA) Với C – đi n dung của đ i t ợng thử nghi m W – tần s góc (1/ sec) U2 – đi n áp thử nghi m (kV) Khi đi n áp thử nghi m nh h n đi n áp định mức của máy biến áp thử nghi m thì phụ t i của nó bị h n chế b i dòng định mức ch y qua cuộn dây và công suất của máy biến áp là: U dm P = It.Uđm = Pt . Ut Với It - dòng thử nghi m (A) Pt - phụ t i thử nghi m (kVA) Ut - đi n áp thử nghi m của đ i t ợng (kV) Uđm - đi n áp định mức cuộn dây thứ cấp của máy biến áp thử nghi m (kV). Khi không có máy biến áp thử nghi m đặc bi t có thể sử dụng các máy biến áp khác nh máy biến đi n áp. Khi đó các cuộn dây cao áp đ ợc mắc n i tiếp, 4 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm dòng từ h không đ ợc v ợt quá giá trị cho phép vì điều ki n đ t nóng. Đi n áp nhận đ ợc từ các đầu ra của các cuộn dây cao áp của các máy biến đi n áp khi thử nghi m bất kỳ thì không đ ợc quá 90% trị s đi n áp xác định của nhà máy chế t o. Vì rằng các máy biến áp thử nghi m đ ợc sử dụng quá ít và phụ t i của chúng chỉ là trong kho ng th i gian rất ngắn, nên trong những năm gần đây, chúng đ ợc thiết kế có tính đến chế độ đ t nóng trong quá trình thử nghi m. Khi đó cho phép dòng phụ t i lớn h n so với dòng định mức là 2 ÷ 2,5 lần và có chỉ dẫn riêng, cần chú ý đến sự làm l nh giữa các lần thử nghi m. S đ nguyên lý thử nghi m cách đi n thiết bị di n bằng đi n áp xoay chiều tần s công nghi p nh hình vẽ 1.3. 1- Thiết bị điều chỉnh (biến áp tự ngẫu) 2- Máy biến áp thử nghi m 3- Đi n tr h n chế 4- Máy biến áp đo l ng 5- Đi n tr 6- Bộ phóng đi n cầu 7 - Đ i t ợng thử nghi m Hình 1.3. S đ nguyên lý thử nghi m cách đi n thiết bị đi n bằng đi n áp xoay chiều tần s công nghi p A1, A2 các đ ng h ampemet V1, V2 , V3 - các đ ng h vonlmet KV- đ ng h kilovonmet Khi thử nghi m cách điêïn của các đ i t ợng có đi n dung b n thân lớn (các cuộn dây của máy phát công suất lớn, cáp…) thì có thể gi m độ lớn công suất của thiết bị thử nghi m bằng sử dụng bù dòng đi n dung. Để nhâïn d ợc công suất đủ lớn đôi khi sử dụng bằng cách mắc song song một s máy biến áp, khi đó chia thanh góp thành từng đo n và thực hi n thử nghi m theo các pha, hoặc các bi n pháp làm gi m giá trị đi n dung đ ng th i của cách đi n thử nghi m. Khi không có máy biến áp với đi n áp thử nghi m yêu cầu thì có thể thực hi n mắc n i tiếp với các máy biến áp nh vẽ 4.1. 2 2 5 1 1 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm Hình1.4. S đ n i các cuộn dây của các máy biến áp thử nghi m. 1,2 - máy biến áp thử nghi m. 2. Thi t b th nghi m đi n áp cao m t chi u: Thiết bị dùng thử nghi m nghiên cứu quá trình phóng đi n chọc thủng, phóng đi n bề mặt… các môi tr ng cách đi n và kết cấu cách đi n khác nhau. Một s thiết bị dòng xoay chiều do nguyên nhân kỹ thuật không thể thử nghi m bằng đi n áp xoay chiều nh cáp chứa đầy khí, cáp có cách đi n bằng dầu… ph i thử nghi m bằng đi n áp một chiều. Ngu n đi n một chiều đ ợc sử dụng để làm cháy ch bị đánh thủng, ch yếu của cáp sau đó có thể tìm ra ch h ng và thay thế nó. Ngu n đi n một chiều cao áp th ng là: ngu n chỉnh l u, m ch nhân áp và máy phát tĩnh đi n. Đi n áp chọc thủng một chiều có giá trị cao h n đi n áp xoay chiều. 1- Ngu n n định 2- Bộ chỉnh đi n áp 3- Máy biến áp thử nghi m 4- Tụ san phẳng 5- Đi n tr h n chế dòng đi n 6- Đ ng h đo đi n áp cao (kV) 7- Đ i t ợng thử nghi m 8- Bộ phóng đi n 9- Chỉnh l u 10 – Đ ng h microampenmetre 3 2 9 5 10 7 ~ 1 V 6 4 6 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm Hình 1.5. S đ kh i thiết bị thử nghi m dùng chỉnh l u nữa chu kỳ Lĩnh vực sử dụng s đ phụ thuộc cấp cách đi n, đ i t ợng thử nghi m, thông s của thiết bị thử nghi m, thiết bị chỉnh l u. Chỉnh l u hai nữa chu kỳ không có những u vi t lớn mà thiết bị l i phức t p nên không đ ợc ph biến. Để nhận đ ợc đi n áp thử nghi m một chiều lớn ng i ta th ng sử dụng các s đ nhân đi n áp nh sau: Đây là ngu n đi n một chiều, đi n áp cao và công suất nh , phụ t i đ ợc n i với đầu ra của bộ này qua đi n tr phụ để gi m sự nh y vọt dòng do tụ đi n các tầng khi phóng đi n bề mặt nh ng có thể n i trực tiếp. Đi n áp nhận từ bộ này có thể đến 3÷ 5 MV. 1 - Máy biến áp thử nghi m. 2 - Đ i t ợng thử nghi m. C C 1 2 D1 D2 D3 D4 C5 ~ C C Hình 1.6 S đ nhân đi n áp 3. Thi t b th nghi m đi n áp xung(máy phát đi n áp xung) Vi c thử nghi m cách đi n của thiết bị đi n bằng đi n áp xung là nhằm kiểm tra độ bền vững của nó đ i với quá đi n áp sét và quá đi n áp thao tác xuất hi n trong l ới đi n khi vận hành. Quá đi n áp sét xuất hi n do sét đánh vào đ ng dây ch ng sét, cột đi n, dây dẫn của đ ng dây truyền t i, do đó cách đi n của đ ng dây sẽ chịu tác dụng của xung đi n áp không chu kỳ có cực tính d ng hoặc âm. Trên các thiết bị đi n của tr m đ ợc b o v bằng bộ phóng đi n (ch ng sét ng, khe h phóng đi n…) thì xung có thể có d ng xung cắt ngay sau khi đ t 7 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm giá trị cực đ i. Xuất phát từ xác suất h h ng do quá đi n áp, xung sét tiêu chuẩn là không chu kỳ 1,2/50 (µs) có độ dài đầu sóng £ïÞ = 1,2 ± 0,36 (µs) và độ dài xung là 50 ± 10 (µs). Ng i ra xung sét để thử cách đi n cuộn dây máy biến áp, các đi n tr kháng và máy đi n quay sử dụng là xung cắt. Giá trị cực đ i của đi n áp phụ thuộc vào cấp đi n áp và d ng thiết bị đ ợc thử nghi m, nó thay đ i trong một d i rộng từ vài chục kV đ i với cấp đi n áp 3 (kV) đến cấp đi n áp vài tri u vôn đ i với cấp đi n áp siêu cao áp. Dung sai giá trị cực đ i là 3%, quá đi n áp nội bộ xuất hi n khi chuyển m ch, thao tác sự c trong h th ng đi n hoặc khi thay đ i chế độ làm vi c. Xung quá đi n áp chuyển m ch khác với xung sét do th i gian dài và có d ng dao động. Để thử nghi m đ a vào xung chuẩn d ng không chu kỳ 250 / 2500 (µs) có th i gian tăng xung T = 250 ± 50 (µs), th i gian suy gi m đến giá trị cực đ i 2500 ± 1500 (µs). Có thể sử dụng các d ng xung khác nhau nh xung không chu kỳ100/ 2500 ; 1000/ 5000 (µs) và xung dao động có thông s 4000 ± 1000 / 7500 ± 2500 ; 100/ 1000. Giá trị cực đ i và d ng xung thử nghi m có nh h ng trực tiếp đến kích th ớc cách đi n, độ bền vững của thiết bị thử nghi m. Các d ng xung c b n. a. Xung 1,2/ 50 (µs) b. Xung cắt τφ c. Xung 100/ 1000 (µs) d. Xung 250 / 2500 (µs) U U Um Um 0,5Um 0,5Um 0 τφ 0 τφ t Tc t Tc (a) (b) U U Um 0,5Um 0 t (c) 0 τφ t 8 Tc (d) Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm Hình 1.7. Các d ng xung c b n Một vấn đề quan trọng nữa đ ợc gi i quyết trong phòng thử nghi m cao áp là nghiên cứu quá trình chọc thủng các kho ng cách khac nhau trong không khí và những môi tr ng cách đi n khác nhau. Giá trị của nó có liên quan tới chế t o cách đi n đ ng dây truyền t i siêu cao áp, h n thi n ch ng sét cho các đ i t ợng khác nhau, tiêu chuẩn h các d ng xung. Để có đ ợc quá đi n áp chuyển m ch thao tác thì sử dụng các máy phát đi n áp xung hoặc sử dụng máy biến áp thử nghi m có ngu n xung. S đ máy phát đi n áp xung kích hình 1.8. T ~ Rbv E A Rn B Rn C 2 2 2 Rđ Rđ CA CB K1 K2 A1 B1 N2 K R0 Rđ Kn C1 Cn N1 Hình 1.8 S đ máy phát đi n áp xung kích. Máy biến áp thử nghi m. E- đèn chỉnh l u cao áp. CA,CB,…..,CN- tụ đi n n p đi n. Rbv – đi n tr b o v . KH1, KH2,… KHn - khe h phóng đi n. Rn - Đi n tr n p đi n. R0 - Đi n tr n định. Rđ - Đi n tr phóng đi n. Quá trình t o xung g m hai giai đo n: - Giai đo n n p: qua máy biến áp T và chỉnh l u E cấp tụ đi n CA,CB,…..,CN đ ợc n p tới đi n áp U và khi quá trình n p kết thúc thì điểm A2, B2,… Bn có đi n thế U còn các điểm A1, B1,… Bn có đi n thế bằng không. 9 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm - Giai đo n phóng: nếu chọn kho ng cách khe h KH1 sao cho đi n áp U có thể phóng đi n đ ợc thì sau khi phóng đi n thế của điểm B1 sẽ tăng vọt đến mức U và nh vậy đi n thế của điểm B2 tăng đến mức 2U. Khe h KH2 đ ợc chọn cho phóng đi n đi n áp 2U vàsau khi nó phóng đi n sẽ làm cho đi n thế điểm C1 tăng từ không đến mức 2U và của điểm C2 tăng đến mức 3U. Nh vậy nếu dùng n cấp để các tụ đi n trong giai đo n phóng đ ợc phép n i tiếp nhau qua các khe h KH1, KH2,… KHn thì đi n áp xung kích đã có thể t o đ ợc đi n áp cao tới 8 (MV). Các phần tử còn l i làm nhi m vụ b o v và điều chỉnh. II. Các lo i máy đi n áp cao dùng trong th nghi m hi n nay: 1. Máy ki u И 0M – 100/ 25: 4 5 1 3 Hình 1.9. Hình d ng của máy biến áp kiểu И 0M – 100/ 25 2 1.1 Công d ng: Máy dùng làm ngu n cao áp một chiều và xoay chiều tần s 50 Hz để thử nghi m vật li u cách đi n và các thiết bị đi n có đi n áp tới 35 kV. 1.2 Đặc tính kỹ thuật: Dung l ợng: 25 kVA Đi n áp : 0÷ 2 / 0 ÷ 100 kV 10 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm Tần s : 50 Hz Dòng đi n định mức cuộn cao áp: 0,25 A Đi n áp ngắn m ch: Un = 10%. 1.3 C u t o: Máy biến áp có m ch từ kiểu bọc, cuộn dây phân b tập trung. Một đầu cuộn dây cao áp đ ợc đ a ra nắp và một đầu đ ợc n i đất, đầu thứ hai đ ợc đ a ra sứ cách đi n cao áp. Các cuộn dây của cuộn s cấp đ a ra v qua những đầu ra đi n áp thấp. V máy có d ng hình tròn, trên nắp máy b trí bình giãn dầu, thiết bị đo nhi t độ… máy có 4 móc hàn n i với v thùng để nâng máy khi duy chuyển. Để m rộng miền sử dụng, thử ngh m đi n áp cao một chiều, máy biến áp đ ợc chế t o thêm phần chỉnh l u (Kenotron) đặt đầu ra cao áp của máy biến áp thử nghi m. M ch từ đ ợc ghép từ các lá thép kỹ thuật đi n dày 0,35 (mm). Lõi thép m ch từ có tiết di n 30 × 26 (mm). Để gi m đi n tr ng c nh sắc bích kim lo i, đầu ra máy biến áp thử nghi m đ ợc mắc các tấm chắn. 1 – Cuộn dây cao áp của máy 2 – Cuộn dây của đèn chỉnh l u 3 - Đầu ra 12 V của đèn chỉnh l u 4 – Chế độ làm vi c 12 V của đèn chỉnh l u 5 – Chế độ 220 V của đèn chỉnh l u. Cuộn dây 12 V của đèn chỉnh l u máy biến áp có 200 vòng, đ ng kích dây dẫn 1,5 (mm) quấn trên lõi sắt có tiết di n 500 (mm2) dài 200 (mm). Để phân b l i đi n tr ng trong lõi sắt và dây quấn ta mắc thêm màn chắn. Đầu ra cuộn 12 V cũng đ ợc bọc màn chắn để đi n tr ng đ ợc san đều. Cuộn dây s cấp của đèn chỉnh l u máy biến áp g m 1200 vòng, dây dẫn có đ ng kính 0,8 (mm) và đ ợc quấn trên ng bakelit. Để lo i trừ kh năng phóng đi n trên bề mặt đèn chỉnh l u máy biến áp ng i ta đặt một màn chắn hình trụ bên trong thùng, kho ng cách nh nhất từ màn chắn đến đèn chỉnh l u là 50 (mm). Đến v thùng là 30 (mm). Để máy biến áp И 0M – 100/ 25 thử nghi m đ i t ợng có đi n dung lớn khi đi n áp thấp h n định mức, công ty chế t o đã dùng cách phân đo n cuộn dây cao áp. Cuộn dây cao áp đ ợc chia làm 8 cuộn nh , mỗi cuộn nh đ ợc tính t n làm vi c với đi n áp 12,5 (kV). Theo s đ đấu dây máy biến áp thử nghi m làm vi c với dòng 2 (A) khi đi n áp 12,5 (kV) và 0,25 (A) khi đi n áp 100 (kV). Để thực hi n điều này trên nắp v thùng máy biến áp ph i có một vài đầu đ i n i đ ợc cách đi n. 2. Máy bi n áp th nghi m ki u И 0M – 100/ 20: 2.1 Công d ng: 11 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm Máy do nhà máy T3PлHeЭHePZ0 chế t o, máy И 0M –100/ 20 dùng trong thử nghi m để thử nghi m các thiết bị đi n có đi n áp định mức đến 35 (kV), máy có thiết bị đèn cung cấp cho bộ chỉnh l u Kenotron. 2.2 Đặc tính kỹ thuật: Dung l ợng 20 (kVA) Đi n áp: 0 ÷ 200 / 0 ÷ 100000 (V) Đi n áp định mức cuộn dây đo (x – x1) : 100 (V) Đi n áp ngắn m ch 9% Công suất làm vi c lâu dài: 10 (kVA) Chế độ làm vi c ngắn h n: 1 phút làm vi c – 3 phút nghỉ và 1 phút làm vi c – 30 phút nghỉ công suất là 20 (kVA) Kích th ớc máy: 686 × 642 mm (mặt bằng) Chiều cao t n bộ :1140 (mm) Trọng l ợng 280 (kg) 2.3 C u t o: Hình 1.10. Hình dáng bên ng i của máy biến áp thử nghi m kiểu И 0M –100/ 20 M ch từ phân nhánh kiểu bọc. Đầu cao áp duy trì đi n áp làm vi c đ a ra ng i qua sứ cách đi n. Đầu thứ hai của cuộn cao áp đ ợc ra nắp máy qua sứ 12 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm 1000 (V) và đ ợc n i đất. Cuộn cao áp có các m i hàn đ a ra do với đi n áp 100 (V) (t ng ứng khi U2đm = 100000 V). Cuộn cao áp g m 8 bánh dây (45000 vòng), dây dẫn kiểu л310 có đ ng kính 0,2 mm. Cuộn đo 100 V của cuộn cao áp có 45000 vòng, dây dẫn có đ ng kính 0,49 mm. Cuộn h áp có 90 vòng, dây quân có tiết di n 2,26 × 6,4 (mm2). Cấu trúc của đèn chỉnh l u máy biến áp g m cuộn dây s cấp 220 V có 814 vòng, đ ng kính dây 0,55 mm và cuộn thứ cấp 13 V có đ ng kính dây 2,26 mm. 70/300: Hình 1.11 Hình d ng bên ng i của máy И 0M –15/ 10 Hình112. Hình d ng bên ng i của máy И 0M –35-70/30 13 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm Hình1.13 Hình d ng bên ng i máy И 0M –35-70/100 Hình1.14 Hình d ng bên ng i của của máy И 0M –35-70/300 B ng 1.1- Đặc tính kỹ thuật của một s máy biến áp thử nghiechế t o t i nhà máy T3PлHeЭHePZ0 Công suất Đi n áp định định mức mức (kV) (kVA) Kiểu Dài Ngắn CA HA h n h n И 0M –15/ 10 5 10 15 0,2 Un% Trọng l ợng (kg) 3 T n bộ 92 dầu 23 И 0M –35 - 70/30 15 30 35 - 70 0,2 7 420 140 И 0M – 35 - 70/100 50 100 35 - 70 0,2 7 710 290 И 0M – 35 - 70/300 150 300 35 - 70 0,38 10 1000 4410 Chế độ làm vi c của các máy biến áp này cho phép tiến hành mỗi thử nghi m theo 3 chu trình: mỗi chu trình g m 1 phút làm vi c với t i và 3 phút ngừng. 14 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm Th i gian giữa 2 thử nghi m không quá 30 phút. chế độ làm vi c liên tục công suất máy biến áp chỉ bằng 50 % so với chế độ ngắn h n. Các đầu dây của cuộn cao áp đ a ra ng i nắp máy đ ợc bọc cách đi n. Một đầu tính t n với đi n áp làm vi c, đầu kia th ng đ ợc n i đất. Để đo đi n áp thử nghi m có thể trực tiếp lấy từ một đầu ra cuộn cao áp với đi n áp 100 V. Cuộn cao áp của máy biến áp thử nghi m (trừ máy И 0M –15/ 10) g m hai bánh dây. Mỗi bánh có đi n áp 35 (kV). Điều đó cho phép trong tr ng hợp cần thiết, có thể đấu nhận trực tiếp hoặc song song, t ng ứng nhận đ ợc đi n áp ra 70 hoặc 35 (kV). Các đầu ra trên nắp của v máy biến áp. 3. Máy th cao áp TBO – 140-50: Máy thử cao áp TBO - 140 -50 do nhà máy M0CPEHTΓEH s n xuất có cấu t o đèn chỉnh l u đặt phía d ới cuộn cao áp. Máy này dung để thử nghi m cách đi n cho máy đi n quay. æ Đặc tính kỹ thuật: Đi n áp định mức: 0,19/ 100 ± 2,5 (kV). Máy biến áp trong đèn chỉnh l u: 200/13 ± 1 (V) Công suất : 5 kVA. Công suất máy biến áp đèn chỉnh l u: 110 (kV). Trọng l ợng chung: 150 (kg) 4. Máy th cao áp lo i AИM – 70. 4.1. Công d ng: Máy AИM-70 do nhà máy MOCPEHTZEH chế t o. Máy dùng để thử nghi m các lo i cáp, đi n môi rắn, l ng với tác dụng của đi n áp cao một chiều và xoay chiều. 2 15 1 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm Hình 1.15. Các kích th ớc thiết bị AИM-70 1 – Bàn điều khiển 2 – Bộ phận chỉnh l u (Kenotron) 4.2. Đặc tính kỹ thuật: Đi n áp một pha xoay chiều bên s cấp: 127/ 220 (V) Tần s : 50 (Hz) Đi n áp xoay chiều bên thứ cấp: 50 (kV) Đi n áp chỉnh l u max: 70 (kV) Dòng đi n chỉnh l u cuộn thứ cấp: 5 (mA) Công suất định mức(làm vi c lâu dài ): 0,5 (kVA) Công suất đầu ra 1 phút của máy cao áp: 2 (kVA) Trọng l ợng máy: 175 (kg) Thiết bị thử nghi m AИM – 70 có những phần c b n là bàn điều khiển và bộ phận chỉnh l u (Kenotron). Bàn điều khiển g m các phần điều khiển, thiết bị tín hi u và biến thế cao áp. Trong thùng máy biến áp cao áp có một dãy đi n tr b o v cuộn dây cao áp khi x y ra ngắn m ch (đi n môi thử nghi m bị chọc thủng). Đi n áp ra có thể điều chỉnh d dàng nh phần điều khiển. Trên nóc của bàn điều khiển có đặt aptomat dòng đi n cực đ i, kilovolmet đo đi n áp và các đèn tín hi u. Bộ chỉnh l u Kelotron là một ng thẳng đứng hình trụ chứa đầy dầu, trong đó có đặt đèn chỉnh l u KPHM – 150 và biến áp chỉnh l u. Trên nắp Kelotron có đặt đ ng h microampe với các giới h n đo l ng 200, 1000, và 5000 (µA). 5. Máy th cao áp lo i AИM – 90: 5.1. Công d ng: Máy đ ợc dùng để thử nghi m các lo i đi n môi rắn, l ng d ới tác dụng của đi n áp cao xoay chiều. 5.2. Đặc tính kỹ thuật: Đi n áp ngu n xoay chiều một pha 220 ± 22 (V) Tần s : 50 (Hz) Đi n áp chọc thủng lớn nhất: 90 (kV) 16 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm Ngăn đựng dầu thử: 400 (cm3) T n hao công suất : 0,5 (kVA) Trọng l ợng máy: 35 (kg). 5.3. C u t o: 1 2 3 4 3 2 1 Hình 1.16. Máy biến áp thử nghi m 1 – Đầu cao thế 2 – Tấm cách đi n 3 – Để vật thử 1 2 4 3 12 5 6 8 9 10 7 11 Hình 1.17. Bàn điều khiển thiết bị AИM – 90 1 – Nút đóng vào l ới 2 – Tín hi u xanh – đóng ngu n 3 – Đ ng h đo 17 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm 4 – Tín hi u vàng (s đ thiết bị sẵn sàng đóng vào cao áp) 5 - Tín hi u đ (đã đóng vào cao áp) 6 - Nút điều chỉnh kim và điều chỉnh đi n áp về vị trí 0 sau khi đã phóng đi n. 7-Nút phục h i tự động đ a kim vào điều chỉnh đi n áp vềø vị trí 0 sau khi phóng đi n. 8 - Nút đóng cao áp 9 - Nút ngắt cao áp 10 - cắm để n i các ngu n 11 – Đầu cặp để n i đất 12 – Nắp động có liên động. 6. Máy th cao áp ki u TYPWIP6 (Đức): … 6000 V Ain Aus …3000 V…6000 V Hình 1.18. Hình d ng máy 6.1. Công dụng: Thử nghi m các vật li u cách đi n. 6.2. Đặc tính kỹ thuật: Đi n áp định mức: 0 ÷ 22 / 0 ÷ 6 (kV) 18 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm Dòng đi n định mức cuộn thứ cấp 2,5 (A) Công suất 1,5 (kVA) Tần s 50 (Hz) Kích th ớc 500 × 250 × 300 (mm). 6.3. C u t o: Máy biến áp thử nghi m đ ợc đặt trong bàn điều khiển nh hình vẽ: Các ký hi u: Netz ~ :kh đi n. Durchschlag: đèn báo có đi n (màu xanh). Prupspannung: đèn báo đã đánh thủng đi n môi (màu đ ). Ein: nút kh i động. Aus: báo hi u r le cắt. Prufen: khi thử nghi m có thể quan sát đ ợc tia lữa đi n. Ausbrenen: khi thử nghi m không thấy tia lữa đi n. 7. Máy th cao áp Fpeo - 2400/ 600/ K (Đức) dùng cho tr m th ngh êm đi n áp xoay chi u: 7.1 Công d ng: Dùng để thử nghi m các thiết bị cao thế, các thành phần kết cấu, các cấu trúc đi n trong tr m thử nghi m đi n áp xoay đến 220 (kV). 7.2 Đặc tính kỹ thuật: H s máy biến áp định mức khi đấu các cuộn dây kích thích song song 5700 – 600 (V)/ 600000 / 5700 (V). Công suất định mức: 2400 (kVA)/ 2000 (kVA)/ 1500 (kVA) Đi n áp ra định mức: 600/ 300 (kV) Dòng đi n ra định mức: 3,33 (A) 7.3. Thuy t minh c u trúc: Máy biến áp thử nghi m có các đặc tính nh phần trên. - Bộ đi n dung phân áp: g m tụ đo của thế và tụ đi n áp thấp. Tụ cao thế g m các tụ đo riêng b trí cái nọ trên cái kia. Mỗi cái tụ do có bên trong v sứ, những tụ dầu – giấy đấu n i tiếp nhau. - Để sai s không v ợc quá sai s cho phép nên trong quá trình vận hành bên trong kho ng b o v bao quanh tụ cao thế theo trục cao không đ ợc có các vật dẫn đi n hoặc dây tiếp đi n. - M ch lọc: do tác dụng qua l i của di n c m rò với các máy biến áp và di n dung của các thiết bị thử nghi m đi n dung riêng và đi n dung của các đ i t ợng 19 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm thử nghi m có thể sinh ra sóng hài bậc cao đi n áp ra. Nh có m ch lọc đặt phần tử đ o m ch vị trí phù hợp có thể lo i trừ sóng hài bậc 3 và bậc 5 phát sinh đi n áp ra. S l ợng m ch lọc đ ợc sử dụng tuỳ theo kiểu và phụ t i của máy phát thử nghi m. - Thiết bị phân ph i: vi c cấp ngu n cho máy phát thử nghi m đ ợc thực hi n nh một thiết bị phân ph i bọc sắt, có các ngăn phân ph i. - Thiết bị điều chỉnh: g m máy biến dầu ba pha có cuộn dây di động và có bộ truyền động thuỷ lực dùng để điều chỉnh đi n áp và một máy biến áp dầu ba pha là máy biến áp phụ thêm. Thiết bị điều chỉnh có thể đ i m ch sang chế độ làm vi c một pha hoặc ba pha với đi n áp và công suất nh nhau. Vi c chuyển m ch đ ợc thực hi n đầu vào trên nắp thùng. - Bộ đi n kháng bù: dùng để điều h dòng đi n của máy phát thử nghi m và đ i t ợng thử nghi m. - Đài điều khiển: phần điều khiển đ ợc lắp trên đài điều khiển có các bloc m ch điều kiển với các bộ phận điều khiển và đ ng h đo. 8. B th nghi m cao áp 250 kV – 100 kVA: 3800 1200 800×450 >3000 2800 1600 >2000 φ=1300 2000 1400 2000 800×150 φ=1300 Hình1.19. T ng s đ lắp đặc các thiết bị của bộ thử nghi m cao áp 250 kV – 100 kVA 8.1. Công d ng: Bộ thử nghi m cao áp 250 - 100 (kVA) do nhà máy chế t o biến thế (Vi t Nam) chế t o ra có nhi m vụ t o đi n áp cao tần s 50 (Hz) dùng để thử nghi m cho các máy đi n và thiết bị đi n làm vi c đi n áp định mức đến 110 (kV). Về thử nghi m biến thế, bộ thử nghi m này có thể thử đ ợc máy biến thế 2000 (kVA), đi n áp 110 (kV). Ng i ra nó còn dùng để thử độ bền cách đi n của các vật li u nh sứ, giấy cách đi n, bakêlit, dầu biến thế. Nó còn làm vi c đ ợc nhiều nhi m vụ khác trong thử nghi m. 8.2. Đặc tính kỹ thuật: 20 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm Để sinh ra đi n áp 250 (kV), dùng ph ng pháp n i cấp 2 máy biến áp 125 (kV). Hai máy này h n t n gi ng nhau về tính năng kỹ thuật kết cấu. Tính năng m máy nh sau: Ký hi u: BTN2 100/ 125 Dung l ợng 100 (kVA) Đi n áp : 0 ÷ 0,38 / 0 ÷ 125 (kV) Dòng đi n thứ cấp 0,8 (A) Đi n áp cuộn dây cân bằng 380 (V) Dòng đi n cuộn dây cân bằng 132 (A) 8.3 C u t o: a. Máy bi n áp 100 (kVA) 0,38 / 125 (kV): Để sinh ra đi n áp 250 (kV) cần ph i n i cấp hai máy biến áp 125 (kV). Nếu n i dùng chỉ cần đi n áp 125 (kV) thì có thể dùng riêng rẽ từng máy biến áp 125 (kV). Đặc điểm của lo i máy biến áp này là có cuộn dây cân bằng để h n chế ngắn m ch, do đó không cần b trí các đi n tr h n chế ngắn m ch phía cao áp nữa. Nh thực hi n n i đất giữa hai cuộn dây cao thế nên gi m đ ợc 1/ 2 đi n áp cách đi n đ i với lõi sắt do đó đ m b o máy làm vi c an t n và tin cậy. b. Máy bi n áp đi u ch nh m m: BĐM100 / 0 ÷ 380 (V). Dung l ợng: 100 (kVA) S pha 1. Đi n áp vào 380 (V) Đi n áp ra 0 ÷ 380 (V) Dòng đi n ra 88 (A) Máy này có thể đấu thành ba pha với dung l ợng 100 (kVA). Đây là lo i máy làm vi c theo nguyên lý cuộn dây ngắn m ch di động. Đi n áp ra điều chỉnh ra h n t n vô cấp, mềm m i có thể tăng dần từ 0 ÷ 380 (V) hoặc h dần từ 380 ÷ 0 (V). Điều khiển đi n áp lên xu ng bằng động c đi n. T c độ nâng đi n áp h n t n phù hợp với t c độ mà bộ thử nghi m yêu cầu 2 (kV/s). 9. Máy bi n áp đo l ng trung th m t pha: Máy biến áp đo l ng trung thế một pha ngâm dầu cách đi n, đo đ ợc đi n áp pha, cuộn s cấp có 1 sứ đầu vào n i dây pha cao thế và đầu ra n i trung tính tiếp địa. Máy có lõi thép kỹ thuật đi n chất l ợng cao, t n hao thấp. Dây quấn bằng êmay chất l ợng cao, chịu nhi t, chịu ẩm ớt, cứng vững và độ tin cậy cao, các đầu ra thứ cấp đ ợc b o v bằng hộp đấu dây có nắp che bằng nhôm và vít kẹp chì. 21 Đồ án tốt nghiệp 9.1. Máy đo l Thiết kế máy biến áp thử nghiệm ng 1 pha ngâm d u ki u PT22 - 12HOD1S: æ Các thông s kỹ thuật: Đi n áp s cấp danh định: 20000/ 3 , 22000/ 3 , 22900/ 3 , 24000/ 3 (V) Đi n áp thứ cấp danh định: 100 , 110 , 120 , 190 , 220 , 240(V) S pha : 1. Dung l ợng: 75 , 150 , 200 , 300 , 500 , 1200 (VA) Tần s : 50 (Hz) Chiều dài đ ng rò nh nhất: 25 mm/ kV. Trọng l ợng: 93 (kg) Hình 1.20. Hình d ng của máy. 9.2. Máy đo l ng 1 pha ngâm d u ki u PT22-1HODS: 22 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm æ Các thông s kỹ thuật: Đi n áp s cấp danh định (V): 20000 ; 2200 ; 24000. Đi n áp thứ cấp danh định (V): 100 ; 110 ; 120 ; 190 ; 220 ; 240 S pha : 1 Dung l ợng (VA): 100 ; 150 ; 200 ; 250 ; 300 ; 500 ; 1200 Chiều dài đ ng rò nh nhất: 25 (mm/ kV) Trọng l ợng: 111 (kg). Hình 1.21. Hình d ng của máy. III. Ýnghĩa c a máy bi n áp cao áp m t pha: Các thiết bị đi n sử dụng n ớc ta hi n nay có rất nhiều kiểu, nhiều lo i. Ngay sau khi d ợc lắp đặt và đ a vào sử dụng các thiết bị đi n đã có nguy c bị xu ng cấp và h h ng. Đây là hi n t ợng bình th ng b i vì thiết bị đi n là tập hợp của nhiều chi tiết đi n từ, điên tử, c khí, thuỷ lực,khí nén…Mặt khác trong quá trình vận hành, sử dụng luôn có sự thay d i về phụ t i, có sự b trí l i m ch điêïn hoặc b xung thêm thiết bị mà nhiều khi không có sự ph i hợp t ng thể của c quan thiết kế. Cũng cần ph i kể đến sự lựa chọn thiết bị không đúng, sự chỉnh định sai các thiết bị đo l ng, điều khiển, chỉ thị, sự vận hành không đúng quy trình kỹ thuật…Tất c các yếu t kể trên gây nh h ng xấu đến sự làm vi c bình th ng của t n h th ng. Vì vậy để đánh gía tình tr ng và chất l ợng của các thiết bị này ta cần kh i thử nghi m chúng dể có thể dự báo các h h ng có thể x y ra, đề ra ph ng pháp thay thế sửa chữa các chi tiết có nguy c bị h h ng, thử nghi m các thiết bị để có bi n pháp khắc phục kịp th i, do vậy h th ng ho t động với độ tin cậy và kh năng sẵn sàng làm vi c cao. 23 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm Vi c thử nghi m các thiết bị đi n này cần ph i có ngu n đi n áp cao và đ ợc điều chỉnh liên tục đó là một lo i máy biến áp đặc bi t chuyên dùng cho vi c thử nghi m. Đây là một thiết bị quan trọng trong vi c thử nghi m nh thử nghi m máy biến áp đi n lực, cáp, động c , BU, BI, ch ng sét van, sứ, cách đi n…Từ đó ta xác định chính xác các chỉ tiêu của chúng và từ đó ta đánh giá đ ợc tình tr ng làm vi c của các thiết bị này để đ m b o đ a chúng vào làm vi c an t n và chắc chắn. IV. Thử nghi m cao áp: A. Ki m tra và th nghi m các thi t b đi n: 1. Quan sát các thi t b đi n: Là công vi c làm tr ớc khi tiến hành công vi c thử nghi m, kiểm tra và hiêïu chỉnh thiết bị và kết thúc bằng lần xem xét cẩn thận cu i cùng. Nh quan sát thiết bị sẽû phát hi n đ ợc phần lớn những h h ng về c và những gĩ của v máy, lõi thép, các đầu dây ra, các chỗ n i, cách đi n của các bộ phận dẫn đi n, cách đi n giữa các vòng dây của cuộn dây. Đ ng th i khi quan sát sẽ đánh giá đ ợc tình tr ng chung của thiết bị dựa vào lý lịch của nó để xác định thiết bị đó có phù hợp thiết kế và với các yêu cầu kỹ thuật hay không. Những h h ng do lắp ráp và những thiếu xót nh do chếù t o. Khi quan sát phát hi n ra, nhân viên lắp ráp sẽ xử lý và khắc phục. Tr ng hợp gặp những h h ng nghiêm trọng ng i đặt hàng sẽû báo cho nhà chế t o biết để sửa chữa. 2. Đo và th nghi m các thi t b đi n tr ng thái tĩnh: Là một trong những ph ng pháp c b n để phát hi n những h h ng của thiết bị đi n. Những vi c đo, kiểm tra và thử nghi m nh thế cho phép phát hi n đ ợc những h h ng ẩn kín bên trong mà khi quan sát bề ng i trong qúa trình lắp ráp không phát hi n đ ợc, cho phép kịp th i sửa chữa hoặc thay thế thiết bị tr ớc khi kết thúc mọi công vi c lắp ráp. Trong s những thử nghi m thiết bị tr ng thái tĩnh còn có thử nghi m cách đi n của thiết bị đi n bằng đi n áp tăng cao (so với đi n áp định mức). Thử nghi m này cho phép kết luận về kh năng làm vi c bình th ng của cách đi n trong th i gian vận hành. 3. Đo và th nghi m các thi t b đi n tr ng thái làm vi c: Công vi c đo g m có: lấy các đặc tuyến không t i của các phát đi n một chiều, lấy đặc tuyến không t i và ngắn m ch của các máy phát đi n đ ng bộ, đo dòng không t i của các máy biến áp đi n lực đi n áp làm vi c, đo những tham s các chế độ làm vi c bình th ng của các máy đi n, ch y thử các đông c 24 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm đi n, các máy đi n một chiều, các máy đi n đ ng bộ, thử tác thiết bị đóng cắt những vi c đo khi ch y thử đ ng pha các thiết bị đi n… Căn cứ kết qu các đặt tuyến lấy đ ợc trên có thể phán đ n tình tr ng t t xấu của các lõi thép, cuộn dây roto và stato cũng nh để xem sự b trí các cuộn dây đúng hay sai bằng cách so sánh những kết qu đo đ ợc với những kết qu thử nghi m của nhà chế t o. Kiểm tra chất l ợng lắp ráp, điều chỉnh phần c khí của máy cắt di n bằng cách đo th i gian tác động b n thân và t c độ đóng cắt của máy cắt đi n, đo đi n áp tác động t i thiểu của nam châm đi n trong bộ truyền động, đo sự đóng m đ ng th i các tiếp điểm. Dùng máy chụp sóng ghi l i những chu trình làm vi c khác nhau của máy cắt và phân tích các hình chụp đ ợc có thể đánh giá đ ợc sự làm vi c đúng hay sai của từng khâu trong máy cắt và bộ truyền động, xác định đ ợc chất l ợng chế t o và lắp ráp. Mu n xác định đ ợc tình tr ng t t hay xấu chất l ợng lắp ráp và hi u chỉnh các động c , các máy biến áp mới lắp ráp kể c thiết bị của các đ ng dây cung cấp đi n cho nó cũng nh các trang bị thứ cấp cần ph i căn cứ vào vi c ch y thử thiết bị. Cho tác động thử máy cắt, dao cách ly, dao t o ngắn m ch, dao tự cách ly, áp tô mát, công tắc t … Có thể xác định đ ợc tình tr ng t t hay xấu chất l ợng hi u chỉnh chúng. Dòng đi n không t i của động c đi n trong th i gian ch y thử có t i (sau khi đã lắp ráp t n bộ n i trục) sẽ cho phép xác nhận chất l ợng lắp ráp t n bộ t máy, kể c phần c khí. 4. Đo và th nghi m đ xác đ nh tình tr ng h th ng t : Đo dòng đi n không t i hoặc lấy đặc tuyến từ h r i đem so sánh với các s li u ghi trong lý lịch máy hoặc s li u kinh nghi m đ i với thiết bị cùng kiểu. Nâếu dòng di n đo đ ợc v ợt quá nhiều so với các s li u đo thì chứng t m ch từ bị h ng hoặc một s vòng dây bị chập. 5. Đo và th nghi m đ xác đ nh tình tr ng các b phận dẫn đi n và các ch n i: Tình tr ng những bộ phận dẫn đi n và những chỗ tiếp xúc xác định bằng cách đo đi n tr bằng đi n áp một chiều. B. Th nghi m cách đi n bằng đi n áp tăng cao: Thử nghi m cách đi n của các thiết bị đi n (cách đi n chính và cách đi n vòng dây) bằng đi n áp tăng cao là để phát hi n những chỗ h h ng cục bộ. Những h h ng này không thể phát hi n d ợc trong khi thử nghi m và kiển tra s bộ, vì vậy thử nghi m bằng đi n áp tăng cao là thử nghi m c b n, sau thử 25 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm nghi m này mới kết luận đ ợc kh năng làm vi c bình th ng của các thiết bị trong điều ki n vận hành. Tiến hành thử nghi m sau khi đã kiểm tra s bộ tình tr ng của cách đi n và đã đ t đ ợc những kết qu tho mãn yêu cầu. Chọn mức đi n áp thử nghi m t ng ứng với đi n áp chọc thủng cách đi n trong khi tình tr ng cách đi n có những h h ng cục bộ. Vì vậy khi thử nghi m bằng đi n áp tăng cao sẽ suất hi n những chỗ h h ng đó. Chọn mức đi n áp thử nghi m thấp h n mức đi n áp chọc thủng trong tr ng hợp không có những h h ng cục bộ và thấp h n mức đi n áp của nhà chế t o (th ng bằng 0,75 đi n áp thử nghi m của nhà chế t o). Có thể gi i thích điều chú ý này không h n t n đầy đủ nh sau: sự suất hi n những chỗ h h ng khi vận hành bình th ng x y ra nhiều h n so với lúc thử nghi m, dù rằng lúc thử nghi m có nâng cao đi n áp lên cao h n so với lúc bình th ng. Đi n áp thử nghi m th ng là đi n áp tần s công nghi p 50 (Hz). Trong những điều ki n thử nghi m của nhà chế t o, những thiết bị đi n từ 500 (kV) tr lên đôi khi đ ợc thử nghi m với tần s 100 Hz tr lên. Dùng đi n áp tần s công nghi p đ m b o kh năng tiến hành thử nghi m cách đi n với những t n thất đi n môi (gây ra sự chọc thủng về nhi t) và sự phân b gây ra đi n tr ng t ng tự trong những điều ki n vận hành. Đặt đi n áp lên vật thử nghi m trong một th i gian nhất định để tránh làm cho cách đi n bị h h ng quá sớm: Đ i với cách đi n chính, th i gian thử nghi m là một phút, đ i với cách đi n vòng dây th i gian thử nghi m là 5 phút. Th i gian thử nghi m cách đi n lâu h n vì h s an t n của đi n vòng dây lớn h n cách đi n chính. Th i gian nói trên vừa đủ để quan sát thiết bị trong th i gian thử nghi m và đủ để phát hi n ra chỗ chọc thủng. Thử nghi m bằng đi n áp tăng cao không những chỉ tiến hành với đi n áp xoay chiều mà c với đi n áp một chiều. Th ng dùng đi n áp một chiều (chỉnh l u) để thử nghi m cách đi n của những máy đi n lớn, những cách đi n tay đòn của những máy cắt đi n, những ch ng sét. Khuyết điểm chính của thử nghi m bằng đi n áp một chiều là đi n áp phân b không đều theo bề dày của cách đi n do sự không đ ng nhất của cách đi n với sự phân b đi n áp phụ thuộc độ dẫn đi n của những bộ phận khác nhau trong cách đi n. Những thử nghi m bằng đi n áp một chiều có những u điểm sau: - Đi n áp một chiều an t n h n đ i với cách đi n, trị s đi n áp chọc thủng cao h n đi n áp xoay chiều, trung bình cao h n 1,5 lần. - máy đi n quay sự phân b đi n áp một chiều dọc theo cuộn dây đều đặn h n, do đó phần trong rãnh và ng i rãnh của cuộn dây chịu tác dụng nh nhau. - Công suất yêu cầu của thiết bị một chiều đi n áp cao nh h n nhiều so với công suất của thiết bị đi n áp xoay chiều, do đó nhừng thiết bị thử nghi m l u động luôn gọn nhẹ h n và d di chuyển h n, điều này có ý nghĩa lớn đ i với 26 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm những công vi c hi u chỉnh các đ i t ợng khác nhau yêu cần ph i th ng xuyên vận chuyển dụng cụ thử nghi m. - Đi n áp một chiều còn u điểm nữa là dùng để đo dòng đi n rò. Dòng đi n rò là tiêu chuẩn phụ để đánh giá tình tr ng của cách đi n. I, Rcđ Rcđ A C C A 0 Đo n OA – H h ng ch a lộ ra. Uct Điểm A - Điểm tới h n, sau điểm này Rcđ gi m đi rõ r t Đo n AC – Ion h m nh của những chỗ h h ng, t o điều ki n để chọc thủng. Điểm C – Điểm chọc thủng cách đi n. - Th i gian thử nghi m cách đi n bằng đi n áp một chiều cho phép là dài h n th i gia thử nghi m bằng đi n áp xoay chiều và quy định theo tiêu chuẩn là 10 đến 20 phút. C. Ki m tra sự đ u đi n c a thi t b đi n: S đ đấu đi n trong nội bộ thiết bị đòi h i ph i kiểm tra xem m ch đi n đã n i đúng ch a. Th ng xác định gián tiếp (kí hi u dây, cực tính..). S đ đấu đi n bên ng i chủ yếu bằng mắt nghĩa là ph i xem xét cẩn thận, đ i chiếu với thiết kế. D. Đánh giá tình tr ng các thi t b đi n: Ph ng pháp c b n để đánh giá tình tr ng thiết bị đi n mới, vừa lắp ráp xong và chuẩn bị đ a vào vận hành và so sánh những kết qu đo và thử nghi m với những trị s cho phép quy định thành tiêu chuẩn. Những tài li u tiêu chuẩn là “kh i l ợng và tiêu chuẩn thử nghi m các thiết bị đi n (KLTCTN) “ và “quy ph m b trí các thiết bị đi n”. Trong b n KLTCTN có đề ra những yêu cầu đ i với từng lo i công vi c kiểm tra, thử nghi m cần thiết và đề ra những tiêu chuẩn mà kết qu kiểm tra, thử nghi m mọi lo i thiết bị đi n đều ph i phù hợp. Trong tiêu chuẩn có nêu: trị s cho phép đi n tr cuộn dây, các tiếp điểm và những bộ phận khác, tình tr ng cho phép của cách đi n, những trị s đi n áp thử nghi m. 27 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm Trong khi tiến hành hi u chỉnh để đánh giá tình tr ng của thiết bị th ng sử dụng rộng r i ph ng pháp so sánh kết qu đo của các nhóm thiết bị cùng kiểu không thể có những h h ng trùng nhau. Ví dụ: Nếu một nhóm các máy biến dòng đo l ng gi ng nhau có đặc tuyến từ h thấp h n những đặc tuyến mẫu và một s máy biến đi n áp đo l ng gi ng nhau có dòng đi n không t i v ợt quá mức cho phép… Điều đó không có nghĩa là cách đi n của cuộn dây hay lõi thép bị h h ng mà do nhà chế t o đã sử dụng lõi thép xấu để làm lõi thép hoặc đã thay đ i kích th ớc của lá thép. Thông th ng để đánh giá, ng i ta so sánh với những kết qu đo thực dụng với kết qu đo và thử nghi m cũ. Đ i với những thiết bị mới đ a vào vận hành thì so sánh với những kết qu đo và thử nghi m của nhà chế t o. Cu i cùng, đánh giá kh năng thiết bị đi n làm vi c và vận hành thử t n di n. E. Lập các biên b n ki m tra và th nghi m: Tất c những kết qu kiểm tra, thử nghi m và vận hành thử các thiết bị đi n trong quá trình hi u chỉnh đều đ ợc ghi vào biên b n hoặc ghi thành báo cáo. Biên b n là văn b n pháp lý c b n, dựa vào đó để kết luận chất l ợng và kh năng đ a thiết bị vào làm vi c bình th ng. Để lập các tài li u kỹ thuật bàn giao cho đ n vị hi u chỉnh nên làm sẵn những mẫu biên b n hoặc báo cáo, chỉ cần ghi kết qu vào đó trong quá trình hi u chỉnh và khi kết thúc công vi c hi u chỉnh. Các biên b n đều đ ợc lập thành hai biên b n, một b n để giao cho đ n vị vận hành, còn b n thứ hai đ ợc l u l i đ n vị hi u chỉnh. Nhứng biên b n hoặc báo cáo ph i có kết luận. Trong đó nêu lên sự đánh giá chung về thiết bị, tất c những kết qu đo, kiểm tra, thử nghi m và ch y thử, những b n, những đ ng biểu di n và đ thị. Những biên b n và báo cáo đều do ng i thực hi n có trách nhi m và chỉ đ o công tác hi u chỉnh thiết bị ghi chép. F. Qui đ nh chung trong khi ti n hành th nghi m: - Khi tiến hành thử nghi m, nghi m thu bàn giao các thiết bị đi n mà kh i l ợng và tiêu chuẩn không khác với những qui định trong tiêu chuẩn này thì ph i theo h ớng dẫn riêng của nhà chế t o. - Thiết bị r le b o v và tự động đi n các nhà máy đi n và các tr m biến áp đ ợc kiểm tra theo TCVN. - Ng i những thử nghi m, nghi m thu bàn giao thiết bị đi n đã đ ợc qui định trong các tiêu chuẩn về tất c các thiết bị đi n còn ph i kiểm tra sự ho t động của phần c theo h ớng dẫn của nhà máy chế t o. - Sự kết luận về sự h n h o của thiết bị khi đ a vào vận hành ph i đ ợc dựa trên c s xem xét kết qu các thử nghi m liên quan đến thiết bị đó. - Mọi vi c đo l ng thử nghi m ch y thử theo các tài li u h ớng dẫn của nhà máy chế t o và h ớng dẫn hi n hành khác và theo các kh i l ợng, tiêu chuẩn 28 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm nghi m thu bàn giao thử nghi m của bộ tiêu chuẩn này do công nhân lắp ráp và hi u chỉnh tiến hành tr ớc khi đ a thiết bị đi n vào vận hành cần ph i lập biên b n theo qui định. - Vi c thử nghi m bằng đi n áp tăng cao là bắt buộc đ i với các thiết bị đi n đi n áp từ 35 (kV) tr xu ng. Khi có đủ thiết bị thử nghi m thì ph i tiến hành c đ i với các thiết bị đi n áp cao h n 35 (kV). - Các vật cách đi n và thiết bị có đi n áp danh định cao h n đi n áp danh định của trang bị đó chúng đ ợc lắp đặt có thể đ ợc thử nghi m với đi n áp tăng cao tiêu chuẩn phù hợp với cấp cách đi n của trang bị đi n. - Thử nghi m cách đi n của các khí cụ đi n bằng đi n áp tăng cao tần s công nghi p thông th ng ph i đ ợc tiến hành cùng với vi c thử nghi m cách đi n thanh cái thiết bị phân ph i. Khi đó trị s đi n áp thử nghi m đ ợc phép lấy theo tiêu chuẩn đ i với thiết bị đo đi n áp thử nghi m nh nhất. - Khi tiến hành thử nghi m cách đi n của thiết bị đi n bằng đi n áp tăng cao ph i xem xét đánh giá cẩn thận tình tr ng cách đi n bằng những ph ng pháp khác. - Vi c thử nghi m cách đi n bằng đi n áp 1000 (V) tần s công nghi p có thể thay thế bằng cách đo giá trị của đi n tr cách đi n trong một phút bằng Mêgômét 2500 (V). Nếu nh giá trị đi n tr nh h n tiêu chuẩn qui định thì vi c thử nghi m bằng đi n áp tăng cao tầng s công nghi p 1000 (V) là bắt buộc. - Vi c thử nghi m cách đi n bằng đi n áp tần s công nghi p của các m ch thứ cấp có đi n áp làm vi c cao h n 60 (V) của các trang bị đi n trong h th ng đi n là bắt buộc. - Trong các tiêu chuẩn thử nghi m, nghi m thu bàn giao các thiết bị đi n dùng các thuật ngữ d ới đây: + Đi n áp thử nghi m tần s công nghi p: là trị s hi u dụng của đi n áp xoay chiều hình sin tần s 50 (Hz) mà cách đi n bên trong và bên ng i của thiết bị đi n cần ph i duy trì một phút (hoặc 5 phút) trong điều ki n thử nghi m xác định. + Thiết bị đi n đo cách đi n bình th ng: là thiết bị đặt trong các trang bị đi n chịu tác động của quá đi n áp khí quyển với những bi n pháp ch ng sét thông th ng. + Thiết bị đi n có cách đi n gi m nhẹ: là thiết bị đi n chỉ dùng những trang bị đi n không chịu tác động của quá đi n áp khi quyển hoặc ph i có những bi n pháp ch ng sét đặc bi t để h n chế biên độ quá đi n áp khí quyển đến trị s không cao h n biên độ của đi n áp thử nghi m tần s công nghi p. + Các khí cụ đi n: là các máy cắt các cấp đi n áp, cầu dao cách ly, tự cách ly, dao t o ngắn m ch, cầu ch y, ch ng sét van, các cuộn kháng h n chế dòng đi n tụ đi n, các vật dẫn đi n đ ợc che chắn trọn bộ. + Đ i l ợng đo l ng phi tiêu chuẩn: là đ i l ợng mà giá trị tuy t đ i của nó không qui định bằng các h ớng dẫn tiêu chuẩn. Vi c đánh giá trong tr ng thái 29 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm thiết bị trong tr ng hợp này đ ợc tiến hành bằng cách so sánh với các s li u đo l ng t ng tự cùng một lo t thiết bị có đặc tính t t hoặc với những kết qu thử nghi m khác. + Cấp đi n áp của thiết bị đi n: là đi n áp danh định của h th ng đi n mà trong đó thiết bị đó làm vi c. V. Những th nghi m thi t b đi n dùng máy t o đi n áp cao: 1. Th nghi m cách đi n c a máy đi n quay: Các máy đi n quay khi chế t o th ng qua b lần thử nghi m cách đi n bằng máy biến áp thử nghi m, th i gian thử là một phút. - Thử nghi m cách đi n các cuộn dây stato của máy phát đi n nên tiến hành tr ớc khi đ a roto vào trong stato. Nếu vi c ghép n i stato của máy thực hi n trên sân lắp ráp và sau đó stato đ a vào x ng d ng lắp ráp sẳn thì cách đi n đ ợc thử nghi m hai lần: sau khi lắp trên sân lắp ráp và sau khi đặt stato vào trong x ng tr ớc khi đ a roto vào stato. - Vi c thử nghi m cách đi n của cuộn dây roto của máy phát tuabin h i đ ợc tiến hành độ quay danh định của roto. - Vi c thử nghi m của máy phát đi n một chiều đ ợc tiến hành theo các tiêu chuẩn qui định. Cần lấy đặc tính không t i và thử nghi m cách đi n vòng dây. Độ l ch của đặc tính không t i so với đặc tính của nhà máy chế t o ph i nằm trong giới h n chính xác của vi c đo l ng. - Đ i với động c đi n đã đ ợc lắp ráp h n chỉnh: vi c thử nghi m cuộn dây stato đ ợc tiến hành cho từng pha riêng rẽ đ i với v . động c không có đầu ra của mỗi pha cho phép tiến hành thử nghi m tất c các cuộn dây đ i với v máy. 30 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm B ng 1.2 – Đi n áp thử nghi m tần s công nghi p đ i với cách đi n chủ yếu của máy đi n quay. Trình tự và đặc điểm của thử nghi m 1. Tr ớc khi đặt vào rãnh 2.Sau khi đặt vào rãnh, tr ớc khi n i dây 3.Sau khi n i dây 4.Tr ớc khi xuất x ng Công suất máy kVA Đến 10000 Cao h n 10000 3 ÷ 10000 cao h n 10000 3 ÷ 10000 cao h n 10000 3 ÷ 10000 cao h n 10000 Đi n áp kV Đi n áp thử nghi m Đến 11000 Cao h n 6000 Đến 11000 Cao h n 11000 Đến 11000 Cao h n 6000 Đến 3000 3000 ÷ 6000 cao h n 10000 2,75Uđm + 4500 2,75Uđm + 6500 2,75Uđm + 2500 2,5Uđm + 4500 2,25Uđm + 2000 2,26Uđm + 4000 2Uđm + 1000 2,5Uđm 2Uđm + 3000 2. Th nghi m c a máy bi n áp: - Đ i với máy biến áp cần chú ý tới cách đi n của nội bộ máy và cách đi n của máy khi quá đi n áp. Vì vậy khi thử nghi m cách đi n máy biến áp th ng có hai b ớc. - Thử nghi m máy biến áp bằng đi n áp cao, tần s công nghi p đ ợc thử nghi m bằng cách tăng dần đi n áp tới đi n áp thử nghi m và giữ đấy trong một phút. Máy biến áp chịu đ ợc thử nghi m nếu nó không phóng đi n h n t n. B ng 1.3 – Đi n áp thử nghi m xoay đ i với cách đi n máy biến áp dầu 31 Đồ án tốt nghiệp Đi n áp định mức dây quấn máy biến áp (kV) 1,2 2,4 4,8 8,7 15 18 25 34,5 46 69 Thiết kế máy biến áp thử nghiệm Đi n áp thử nghi m xuất x ng (kV) Đi n áp nghi m thu t i chỗ(kV) Thử nghi m b o d ỡng theo chu kì (kV) 10 15 19 26 34 40 50 70 95 140 7,5 11,2 14,25 19,5 25,5 30 37,5 52,5 71,25 105 6,5 9,75 12,35 16,9 22,1 26 32,5 45,5 61,75 91 - Cũng có thể thử nghi m bằng dòng đi n chỉnh l u. Vi c xác định giá trị đi n áp thử nghi m phụ thuộc vào đi n áp định mức của máy biến áp. Công suất định mức máy biến áp (kVA) Giá trị max của đi n áp chỉnh l u thử nghi m (kV) 3 6 10 15 20 25 35 50 65 80 - Thử nghi m đi n áp xung kích đ i với các máy biến áp có công suất lớn th ng gặp khó khăn vì ngu n ph i có đi n dung lớn mới đ m b o d ng sóng tiêu chuẩn. Do đó đôi khi cũng cho phép thử nghi m với sóng có độ dài ngắn h n (phát hi n các sóng đi n cục bộ x y ra trên cách đi n dọc khi cho tác dụng đi n áp xung kích là một trong các thử nghi m quan trọng của máy biến áp. Ph ng pháp thông dụng nhất là đo dòng đi n m ch trung tính và đem so sánh với dòng đi n). Trong máy biến áp không bắt buộc ph i thử cách đi n cuộn dây của máy biến áp có dầu bằng đi n áp tăng cao tần s công nghiêïp khi đ a máy vào vận hành lần đầu. Đ i với máy biến áp nhập từ n ớc ng i, đ ợc nhà chế t o thử nghiêïm với đi n áp mà trị s nh h n so với tiêu chuẩn Vi t Nam. Qui định sẽ đ ợc thử nghi m bằng các đi n áp xác định cho từng tr ng hợp cụ thể. - Cách đi n đầu ra các pha của cuộn dây máy biến áp từ 110 (kV) tr lên có điểm trung tính cách đi n không h n t n chỉ cần thực nghi m bằng đi n áp c m ứng. Còn cách đi n trung điểm thử bằng đi n áp đặt vào. - Thử các đầu vào đ ợc tiến hành theo tiêu chuẩn cách đi n đầu vào và cách đi n xuyên các máy biến áp đo l ng đ ợc thử nghi m theo kh i l ợng và qui 32 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm định tiêu chuẩn Vi t Nam. Đ i với máy biến dòng và máy biến đi n áp đến 35(kV), vi c thử nghi m bên s cấp là bắt buộc. 3. Th nghi m cách đi n c a cáp cao áp: Cáp là dây dẫn mềm đ ợc cách đi n để ngăn chặn các tác dụng bên ng i đ i với cách đi n. Dây dẫn th ng là dây dẫn xoắn bằng đ ng hoặc nhôm. Để có độ chịu lớn và độ bền c giới cần thiết. Vật liêïu cách đi n dùng trong cáp ph i có phẩm chất t t để gi m kích th ớc đ ng th i đủ độ bền về c giới, sự phân lo i cáp tuỳ theo kết cấu cách đi n cáp. Thử nghi m kiểm tra tiến hành trên từng đo n cáp g m: đo đi n tr lõi, đi n tr cách đi n và thực nghi m đi n áp xoay chiều. Đ i với lo i cáp chứa khí nén ng i ta chỉ tiến hành thí nghi m với đi n áp một chiều. B ng 1.4 – B ng đi n áp thử nghi m của cáp. Lo i cáp Cáp tẩm dầu 6 kV 10 kV 35 kV Cáp chứa khí nén 10 kV Cáp đ dầu 110 kV điểm trung tính n i đất 35 kV 33 Đồ án tốt nghiệp Trị s đi n áp xoay chiều (kV) Th i gian(phút) Trị s đi n áp một chiều (kV) Th i gian (phút) Thiết kế máy biến áp thử nghiệm 14,2 23 65 140 10 10 20 15 40 130 30 30 4. Th nghi m cách đi n c a khí c đi n: Thử nghi m các máy cắt đ ợc tiến hành theo các h ng mục sau: - Đo đi n tr cách đi n của phần động của m ch nhị thứ, của nam châm đi n đóng và cắt. - Đo đi n tr cách đi n của vật cách đi n đỡ,vật cách đi n của bu ng dập h quang, bu ng cách ly các thanh kéo cách đi n, ng dẫn khí bằng vật li u cách đi n. - Đánh giá tình tr ng cách đi n bên trong thùng và cách đi n bu ng dập h quang. Do t n thất đi n môi tgδ của các đầu ra có thêm s li u đánh giá, độ ẩm cách đi n bên trong thùng các máy cắt máy đi n áp 35 (kV) tr lên. Nếu t n thất đi n môi tgδ của cách đi n bên trong v ợt gấp hai lần t n thất đi n môi của đầu vào tr ớc khi lắp máy cắt thì ph i sấy cách đi n bên trong thùng. - Đo đi n tr bằng dòng một chiều: đo đi n tr của h th ng thanh dẩn đi n trong một pha và đo riêng từng phần của nó. Đo đi n tr suất của bu ng dập h quang đi n tr đo đ ợc sai quá 3% so với s li u nhà chế t o. Đo đi n tr cuộn dây của các cuộn đi n từ điều khiển đóng ngắt. Đo đi n tr cách đi n các dao cách ly, dao tự cách ly và dao tao ngắn m ch, của ng dẫn và thanh kéo bằng vật li u hữa c , của các vật li u cách đi n nhiều phần t i, m ch thứ cấp của cuộn đi n từ điều khiển. B ng 1.5- đi n áp thử nghi m tần s công nghi p đ i với cách đi n ng i của khí cụ. Cấp đi n Trị s đi n áp thử nghi m (kV) với khí cụ áp (kV) Thông th ng Th ng Gi m nhẹ Gi m nhẹ bằng g m sứ th ng bằng bằng g m bằng vật vật li u hữu sứ li u hữu c c 34 Đồ án tốt nghiệp 3 6 10 15 20 35 Thiết kế máy biến áp thử nghiệm 24 32 42 55 65 95 22 29 38 41 56 85 13 21 32 48 12 19 29 43 5. Th nghi m ch ng sét van: - Th ng đ a đi n áp 2500 (V) vào đầu cực L. S đ thử nghi m nh hình vẽ, sau đó tiến hành đọc đi n tr cách đi n của cái ch ng sét van. Một s có giá trị cao 10000 (MΩ). Một s lo i thấp h n, vi c đánh giá dựa trên c s so sánh giá trị kết qu thử nghi m tr ớc của thiết bị t ng tự. - Cái ch ng sét có thể thử nghi m bằng đi n áp cao một chiều. Đi n áp một chiều ph i bằng 1,7 lần đi n áp định mức của cái ch ng sét. - Thử nghi m t i ch ch ng sét tr m có thể thực hi n trong khi vận hành bình th ng bằng cách đo dòng rò qua cái ch ng sét vì cái ch ng sét có t ng tr đ i với đất lớn nên nếu dòng đi n rò lớn h n giá trị bình th ng chứng t ch ng sét van bị h ng. Vi c đánh giá dữ li u thử nghi m dựa trên vi c so sánh các giá trị đo thu đ ợc trên các bộ ch ng sét t ng tự với các giá trị của ba cực của ch ng sét một cực. 6. Th nghi m dòng đi n rò theo đi n áp: - Thử nghi m quá đi n áp một chiều có điều chỉnh. Thử nghi m này đ ợc tiến hành bằng cách thay đ i đi n áp, xác định dòng đi n rò để phát hi n h h ng cách đi n và dừng thử nghi m tr ớc khi cách đi n bị đánh thủng. - B ớc đi n áp đầu tiên th ng lấy bằng 1/3 đi n áp thử nghi m tính t n đặt vào máy đi n.đọc các giá trị dòng đi n rò từng phút t i đa đến m i phút. - B ớc tiếp theo tăng đi n áp từng nấc 1000 (V) và ghi dòng đi n rò mỗi nấc. Th i gian giữa từng nấc đủ để dòng đi n rò n định. từng nấc đi n áp vẽ các giá trị dòng rò trên trục tung và đi n áp thử nghi m trên trục h nh. Đ i với h th ng cách đi n t t đ ng biểu di n sẽ tr n. Mọi sự thay đ i đột ngột đ ng biểu di n chứng t sự h h ng dây quấn sắp x y ra. - Tăng đi n áp từng nấc để lo i trừ kh năng dòng rò quá lớn gây ion h . Nhằm đo dòng đi n rò đ ợc chính xác. 7. Th nghi m cách đi n c a t đi n: 35 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm - Có thể tiến hành một s thử nghi m nhằm xác định kh năng sẵn sàng ho t động của tụ đi n để nâng cao h s công suất. Ng i ta tiến hành thử nghi m sau đ i với tụ. Tr ớc khi đ a vào sử dụng cần thực hi n các thử nghi m sau đây: - Thử nghi m giữa các cực hoặc thử nghi m cao áp 75% đi n áp thử nghi m xuất x ng. - Thử nghi m xung ngắn m ch đầu cực với v . Kh năng sử dụng của bộ tụ đi n có thể đ ợc xác định bằng một trong các thử nghi m sau đây khi phát hi n có kh năng bị h h ng: + Thử cao áp c ng độ cách đi n giữa các pha và giữa các pha với v . + Đo đi n dung bằng cách đo dòng đi n khi biến đi n áp và tần s . + Đo đi n tr cách đi n giữa các pha. + Đo đi n tr các đi n giữa các pha và v . + Độ kín của chất l ng 750C. + H s công suất cách đi n pha - v , giữa các pha. + Giữa các pha: đi n áp thử nghi m xoay chiều và một chiều bằng 75% đi n áp thử nghi m xuất x ng: + Xoay chiều 0,75. 2E = 1,5E. Trong đó E là đi n áp dịnh mức trên v máy. Tần s từ 20 ÷ 70 (Hz). Th i gian m i giây tụ n p và phóng đi n với đi n áp không v ợt quá E. + Một chiều: 0,75. 4,3E = 3,2 E th i gian thử nghi m n p tụ đi n không quá m i năm giây để tránh đi n tr phóng đi n bị chọc thủng. Giữa đi n áp pha và v . B ng1.6. Thử nghi m cách đi n của tụ đi n. Đi n áp định mức của tụ (V) Đi n áp thử nghi m (kV) 15 216 ÷ 1199 28,5 1200 ÷ 5000 39 5001 ÷ 15000 45 13200 ÷ 22000 8. Tiêu chuẩn đi n tr cách đi n cho phép: - Giá trị đi n tr cho phép t i thiểu để đóng đi n an t n các thiết bị công suất mỗi cấp đi n áp. Giá trị đi n tr thấp chứng t cách đi n bị ẩm, bị xu ng cấp do nhi t hoặc do h chất. Thiết bị có đi n tr cách đi n thấp h n mức t i thiểu d bị h h ng và không đ ợc đóng đi n vì lý do an t n cho con ng i. - Đi n tr cách đi n t i thiểu 20oC cho phép đóng đi n an t n. B ng1.7 Đi n áp định mức Đi n áp h th ng Đi n tr t i thiểu cho (kV) (kV) phép (MΩ) 36 Đồ án tốt nghiệp 0,6 2,4 5 7,2 15 36 72 145 242 550 Thiết kế máy biến áp thử nghiệm 0,12; 0,24 ; 0,48 2,4 4,16 6,9 13,8 20 ÷ 25; 34,5 69 115;138 230 500 1,5 3,5 5,16 8,2 14,8 35 70 139 231 501 9. Th nghi m cách đi n c a sứ: Sứ cách đi n là bộ phận để cách đi n và giữ chặt các chi tiết cách đi n thế khác nhau. Yêu cầu chung đ i với sứ là ph i đủ độ bền đi n cách đi n. Không chỉ đi n áp bình th ng mà còn c khi quá đi n áp. Sứ cách đi n đ ợc dùng rất rộng rãi trong h th ng đi n: làm sứ xuyên cách đi n đầu ra máy biến áp, sứ treo, sứ đỡ. Tuỳ theo yêu cầu làm vi c mà sứ đ ợc thử nghi m cách đi n bằng một chiều, xoay chiều, hay xung. Ng i ra với sứ làm vi c ng i tr i còn ph i thêm thử nghi m cách đi n ớt, t ng ứng với điều ki n hki có m a nhân t o. 10. Các th nghi m khác: Ng i ra, trong phòng thử nghi m đi n cao áp ng i ta còn thử nh : dầu cách di n, chất l ng, khí cách đi n, sứ đỡ của kháng đi n, cách đi n của các chi tiết và m ch của bộ biến đ i đi n, máy biến áp của bộ biến đ i đi n, dầu thông tin liên l c, cách đi n đỡ của cầu ch y đi n áp trên 1000 (V) tr ớc khi đ a vào sử dụng. Chương2 TÌM HI U CÔNG NGH CH T O MÁY BI N ÁP TH NGHI M CAO ÁP M T PHA So sánh máy biến áp thử nghi m cao áp một pha và máy biến áp đi n lực thông th ng. Về nguyên lý c hai máy làm vi c điều gi ng nhau. Tức là làm vi c dựa trên hi n t ợng c m ứng đi n từ, biến đ i một h th ng dòng đi n xoay 37 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm chiều đi n áp khác, với tần s không thay đ i. Nh ng máy biến áp đi n lực thông th ng mục đích dùng để tăng áp hoặc gi m áp tuỳ theo yêu nhu cầu sử dụng. Nó làm vi c chế độ dài h ng còn đ i với máy biến áp thử nghi m cao áp môt pha một đích t o đi n áp cao bên thứ cấp, dùng để thử nghi p các thiết bị đi n, do đó th i gian làm vi c của máy ngắn h n lặp l i. Do đó công ngh chế t o máy biến áp cao áp thử nghi p cao áp một pha cũng gi ng nh máy biến áp thông th ng nh ng có một vài đặc điểm cần l u ý sau: Do đặc điểm làm vi c nên máy biến áp thử nghi p cần chú ý một s điểm sau so với máy biến áp thông th ng ûchỗ: 1. Máy bi n áp cao áp th nghi p làm vi c ngắn h n lặp l i: Trong quá trình làm vi c chịu nh h ng ngắn m ch, phóng di n. Th i gian cho phép mang t i của máy biến áp thử nghi p phụ thuộc rất lớn vào dòng t i. Th i gian mang t i càng lâu nhi t độ của máy tăng lên rất nhanh. Để gi m bớt sự phát nóng cho máy trong quá trình chế t o máy biến áp thử nghi p cao áp. Ng i ta chọn những lo i thép cán nguội để đ m b o dòng từ h nh . Điều này làm gi m t n hao trong lõi thép. Sự to nhi t của máy sẽ gi m. 2. Trong lúc thí nghi m thi t b đi n: Ta cần ph i đo và xác định giá trị đi n áp cần thử nghi m. Do đó trong quá trình thử nghi p ta cần ph i xác định chính xác giá trị. Trong lúc đo sai s khi đo là không thể tránh kh i, nguyên nhân gây sai s trong thí nghi m chủ yếu nhất là do máy biến áp gây nên. Để gi m sai s t i thiểu trong quá trình tính t n và chọn lõi thép. Ta cần ph i chọn mật độ từ c m trong lõi kho ng từ 1 đến 1,2. Mục đích để lõi thép trong máy biến áp không bị bão h . Đi n áp không bị biến d ng nhiều trong lúc đo. 3. Dây quấn bên cao áp không x y ra hi n t ợng cộng h ng khi thí nghi p. B trí sao cho phân b đi n áp đều đặn trên các vòng dây khi có đi n áp xung. 4. Chọn h s hình dáng cho máy biến áp thử nghi m: Th ng chọn h s β nh h n so với máy biến áp đi n lực thông th ng. Mục đích chọn β nh để cách đi n cho máy dể dàng dây quấn r i điều trên trụ và t o kho ng cách an t n so với gông. 5. Dầu trong máy biến áp đi n lực thông th ng ng i mục đích cách đi n trong máy, thì nó còn dùng với mục đích t n nhi t cho máy. Nh ng trong máy biến áp thử nghi m cao áp một pha dầu trong máy mục đích dùng để cách đi n cho máy là chính. 6. Trong máy biến áp thí nghi m cao áp môt pha, do th i gian làm vi c ngắn nên trong quá trình tính t n, ng i thiết ng i ta ít quan tâm đến sự t n nhi t của máy. Do đó trong máy biến áp thử nghi m ng i ta không tính đến cánh t n nhi t của máy. Máy biến áp thử nghi m hình dáng bên ng i gọn nhẹ h n so với máy biến áp thông th ng. 38 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm 7. Dây quấn cao áp đ ợc chia thành nhiều galét nh , mỗi galetù có đi n áp khác nhau. Đ ng kính trong của dây quấn cao áp không bằng nhau. Do đó cách đi n trong cuộn cao áp với cuộn h áp theo từng bậc thang. 8. Tiết di n dây quấn bên cao áp rất be ù(vì đi n áp lớn công suất bé) do đó trong quá trình tính t n và chọn dây quấn. Ng i ta chỉ quan tâm dến độ bền về c khí (không quan tâm dến độ bền về đi n). Nhận xét: tóm l i trong máy biến áp cao áp thử nghi m một pha công ngh chế t o nó không có gì khác so với máy biến áp thông th ng nh ng ta cần ph i chú ý dây quấn bên cao áp của máy, cách đi n trong máy ph i tính đến h s dự trữ. Chương 3 CH N PH NG ÁN DÂY QU N Dây quấn máy biến áp thử nghi m tr ớc hết ph i đáp ứng yêu cầu chung đ i với dây quấn. Yêu cầu chế t o và vận hành để đ m b o kinh tế và giá thành h . 1. Yêu c u v vận hành gồm các mặt đi n , c , nhi t. a. Vềø mặt đi n: cách đi n của máy biến áp ph i t t, ph i chịu đ ợc đi n áp làm vi c và quá đi n áp. Aûnh h ng của quá đi n áp do đóng ngắt m ch và đi n áp làm vi c th ng chủ yếu là đ i với cách đi n chính của máy biến áp. Tức là cách đi n giữa các dây quấn với nhau, giữa dây quấn với v máy. Còn quá đi n áp th ng nh h ng đến cách đi n dọc của máy biến áp. Tức là giữa các vòng dây, lớp dây hay giứa các bánh dây của từng dây quấn. b. Về mặt c học dây quấn không bị biến d ng hoặc h h ng của lực c học do dòng ngắn m ch gây nên. c. Về mặt nhi t khi trong vận hành cũng nh trong tr ng hợp ngắn m ch. Trong một th i gian nhất định dây quấn không đ ợc có nhi t độ cao vì lúc đó cách đi n sẽ bị quá nóng chóng h h ng hoặc bị già hóa mất tính cách đi n. 2. Yêu c u v ch t o: Kết cấu đ n gi n, ít t n nguyên li u, th i gian chế t o ngắn, giá thành thấp nh ng đòi h i ph i đ m b o trong vận hành. Tuỳ theo cấp đi n áp, điều ki n công ngh mà ta có các kiểu dây quấn khác nhau. D ới đây ta sẽ phân tích một vài ph ng án dây quấn và nh ợc điểm của một s ph ng án dây quấn để t o ra ph ng án t i u áp dụng để chế t o máy biến áp thử nghi m. A. Ph ng án m t: 39 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm Hai cuộn cao áp và h áp đ ợc quấn theo kiểu trụ tròn. Đ ợc b trí trên hai trụ. Kiểu quấn dây này giông nh máy biến áp đi n lực thông th ng. Với máy cao áp ta cần chú ý n i đi n tr ng tập trung để đặt màn chắn hoặc tăng c ng cách đi n của chỗ đó (đặt bi t bên trong cuộn cao áp). Xét ph ng án quấn dây. Cần kh o sát phân b từ tr ng mỗi lo i cho thấy đi n tr ng tập trung chủ yếu là đầu và giữa cuộn dây, do đó ta cần ph i tăng c ng cách đi n t i n i đó. Ura HA CA B Hình 3.1. Phân b từ tr ng của ph ng án hai cuộn dây quấn trên hai trụ Nếu quấn theo ph ng pháp này. Vi c cách đi n giữa cuộn cao áp và h áp. Giữa cao áp với v sẽ khó khăn. Do quấn dây đều do đó đi n áp giữa các lớp sẽ lớn. Đòi h i ph i có vật li u cách đi n t t, đắt tiền, không kinh tế, độ tin cậy kém, kích th ớc c ng kền, làm mát kém. B. Ph ng án hai: CA HA Ura B 40 B Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm Hình 3.2. Phân b từ tr ng của hai dây quấn đ ng tâm Cuộn cao áp quấn đ ng tâm quấn quanh cuộn h áp, ph ng án này cách đi n cách đi n cao áp với trụ đ ợc c i thi n h n. Nh ng vi c t n nhi t kém, ph ng án này do dây quấn b trí một bên nên làm mất cân đ i cho máy biến áp. C. Ph ng án ba: Ura Hình 3.3. Phân b từ tr CA HA B ng của hai dây quấn đ ng tâm Ta th ng thấy máy biến áp một pha hai dây quấn đ ng tâm ng i ta dùng kiểu bọc nh hình 3.3õ, ph ng án này cân đ i về trọng l ợng giữa chiều cao trụ, gi m chiều dài dây dẫn từ dây quấn đến sứ ra. Nhận xét: - C ba ph ng án trên cho ta thấy cuộn cao áp đ ợc quấn thành b i lớn, cách đi n khó, vi c sửa chữa khi h ng hóc dây quấn rất khó khăn. Sự t n nhi t trong dây quấn đặt bi t bên cao áp sẽ rất khó. Nên trong thực tế c ba ph ng án trên sẽ không dùng đến trong máy biến áp thử nghi m cao áp một pha. - Chi tiết d h ng nhất trong máy biến áp là dây quấn với một s nguyên nhân sau: + Ngắn m ch giữa các vòng dây, nguyên nhân cách đi n bị già h . Máy biến áp bị làm vi c quá t i, đo đó xuất hi n lực c trên dây quấn khi ngắn m ch x y ra. + Đứt macïh: các đầu dây ra bị cháy đứt, do chất l ợng m i hàn hoặc lực c khí khi ngắn macïh. + Dây quấn th ng bị hai kiểu h ng: ngắn m ch giữa các vòng dây, bị h ng dây quấn . - Nh vậy dây quấn kiểu một kh i trên ng i ta không áp dụng cho máy biến thế thí nghi m một pha. 41 Đồ án tốt nghiệp D. Ph Thiết kế máy biến áp thử nghiệm ng án thứ t : CA HA Ura B Hình 3.4. Phân b từ tr ng của dây B quấn Cuộn dây cao áp đ ợc phân thành nhiều bánh dây (vành dây hay ga lét) có chiều cao và đ ng kính bằng nhau, sau đó n i các bánh l i với nhau. Đây là tr ng hợp hai cuộn dây cao áp và h áp có chiều cao không bằng nhau. Ta có thể xem nh có nhiều cuộn dây thành phần mà t ng từ thông t n thực tế của cuộn dây thực. Nh vậy có thể coi từ thông t n thự tế g m hai từ thông t n thành phần: từ thông t n dọc có từ c m B và từ thông t n ngang có từ c m B’. đây B coi nh t n bộ cuộn dây sinh ra, B’ do cuộn dây có chiều cao không bằng nhau sinh ra. Trong tr ng hợp đó Unx đ ợc đ a vào h s Kq nh sau: lx 2 Kq = 1 + m .a r .k r .10 4 Trong đó: x = l x l Với : l – Chiều cao cuộn h áp lx – T ng các kho ng h . lx xác định với điều ki n máy biến áp làm vi c chế độ định mức ứng với s vòng dây W2đm 7 , 9 2 . f . S ' . β .a r .k r .k q . 1 0 − 3 Unx = U v2 Từ tr ng phân b nh hình trên.ta nhận thấy cần ph i tăng c ng cách đi n đầu các cuộn dây cũng nh cách đi n gi ã h áp và trụ, giữa cao áp và gông. Tác dụng của vi c phân đo n nhiều bánh dây là gi m đ ợc đi n áp giữa các lớp c nh nhau trong mỗi bánh dây, nh đó có thể c i thi n cách đi n giữa các lớp. Đi n áp mỗi bánh dây bây gi sẽ là: 42 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm U 2dm n U2đm – Đi n áp bên cao áp. n - S bánh dây. Nh vậy đi n áp giữa 2 lớp c nh nhau trong mỗi bánh cũng sẽ gi m n lần. Đi n áp càng cao s bánh dây càng nhiều. S l ợng bánh dây còn tuỳ thuộc vào ý định phân b của ng i thiết kế. Cách đi n giữa các bánh dây: có thể phân ra bánh dây th ng và bánh dây cách đi n tăng c ng (th ng đầu và cu i cuộn dây). Tuỳ theo từng lo i bánh dây mà kính th ớc và kho ng cách cách đi n của chúng cũng khác nhau. Đ i với bánh dây chính, cách đi n giữa chúng th ng là các rãnh dầu ngang hoặc những đ m cách đi n tuỳ theo đi n áp của bánh dây. Khi có sóng quá đi n áp, vì đầu sóng dựng đứng nên những bánh dây đầu tiên chịu phân b đi n áp lớn. Để cho những bánh dây (hay những vòng dây) này không bị chọc thủng cách đi n ta ph i tăng c ng cách đi n so với các bánh dây (hay vòng dây) chính. Những bánh dây này gọi là những bánh dây tăng c ng. Đ i với các bánh dây tăng c ng, điều ki n làm nguội khó khăn h n, có thể làm nhi t độ dây quấn tăng lên vì thế cần ph i gi m mật độ dòng đi n trong các bánh dây này xu ng bằng cách tăng tiết di n dây dẫn lên kho ng 10 đến 15 phần trăm so với bánh dây chính. Phân đo n cuộn dây t o điều ki n làm mát dây quấn d dàng h n. Khi dây quấn bị h h ng có thể tháo riêng từng bánh dây ra để kiểm tra, rất ti n lợi cho vi c sửa chữa so với ph ng án quấn dây thành một kh i. Tuy nhiên kiểu quấn dây này có nh ợc điểm: kho ng cách giữa hai bánh dây nh . D gây ra hi n t ợng phóng đi n hai đầu hai bánh dây c nh dây tăng c ng. Đ i với các bánh dây tăng c ng, điều ki n làm nguội khó khăn h n, có thể làm nhi t độ dây quấn tăng lên vì thế cần ph i gi m mật độ dòng đi n trong các bánh dây này xu ng bằng cách tăng tiết di n dây dẫn lên kho ng 10 đến 15 phần trăm so với bánh dây chính. Để khắc phục nh ợc điểm của ph ng án b n, cuộn cao áp của máy biến áp thử nghi m th ng đ ợc quấn theo kiểu phân đo n hình bậc thang. Trong đó, cuộn cao áp đ ợc chia thành các bánh dây có đ ng kính khác nhau (do cách đi n của mỗi bánh dây với cuộn h áp khác nhau) sắp xếp nh bậc thang ứng với đi n áp trên mỗi bánh đ ợc trình bày trong các ph ng án năm và sáu. Cách quấn này gi m đ ợc không gian ch n của cuộn dây, tăng độ an t n cách đi n nói chung cũng nh tăng đ ợc kho ng cách nguy hiểm x y ra phóng đi n. Ub = 43 Đồ án tốt nghiệp E. Ph Thiết kế máy biến áp thử nghiệm ng án thứ năm: CA HA Ura B B Hình 3.5 Cuộn dây cao áp đ ợc chia ra làm nhiều bánh dây có đ ng kính khác nhau. Bánh dây giữa có đ ng kính lớn nhất (đi n áp cao nhất). Các bánh càng xa bánh trung tâm đ ng kính càng nh dần. S bánh dây nhiều hay ít tuỳ thuộc cấp đi n áp và sự b trí của ng i thiết kế. Các u điểm của ph ng pháp này : - Về mặt đi n: + Hai bánh dây ng i cùng gần gông m ch từ có đi n áp nh h n đi n áp định mức cuộn cao áp nhiều. Do vậy có thể gi m đ ợc cách đi n (vật li u và kho ng cách cách đi n) giữa cuộn dây cao áp và gông từ làm cho chiều cao loĩ thép gi m. 44 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm + Đi n áp đ ợc phân b trên nhiều bánh dây nên kích th ớc mỗi bánh dây không quá lớn cách này có thể áp dụng cho máy biến áp cao áp . + u điểm n i bật quan trọng nhất của ph ng án này chỗ khi b trí các bánh dây theo kiểu bậc thang, ta đã tăng đ ợc kho ng cách cách đi n m m đầu giữa hai bánh dây c nh nhau là vị trí xung yếu, d x y ra phóng đi n. Nh đã biết, dầu máy biến áp thuộc lo i dầu kh ng là s n phẩm ch ng cất từ dầu m có c ng độ cách đi n rất cao (khi vận hành Ect ≥ 14 KV/mm ). Kho ng cách cách đi n chỉ cần tăng ít cũng đ m b o đủ độ bền đi n cuộn cao áp an t n, tăng độ tin cậy của máy. - Về mặt nhi t: tăng bề mặt t n nhi t của dây quấn , làm mát t t. - Các nh ợc điểm : + Nh ợc điểm chung của kiểu dây quấn thành các bánh là chịu lực c kém h n kiểu dây quấn thành một kh i (lực dọc và ngang trục d làm các bánh dây bị xô đi kh i vị trí ban đầu) do vi c b trí cuộn dây riêng rẽ trên trụ. Tuy nhiên máy áp thử nghi m cao áp một pha có đi n áp đầu ra lớn công suất bé nên dòng đi n ngắn m ch nh (I2= S/U2), mặt khác máy th ng làm vi c chế độ không t i (khi có ngắn m ch thì r le ngắt ngay). Do đó khuyết điểm trên thực ra cũng không nh h ng gì lớn lắm. + Vi c quấn, n i dây t ng đ i phức t p h n các ph ng án khác. + Nh ợc điểm chính của ph ng án là cách b trí đầu dây cao áp ra ng i Để đ m b o an t n, dây dẩn ra (nhất là dây cao áp) cần ph i đ ợc cách đi n t t với các bộ phận n i đất (v máy, xà ép gông, bu lông n i đất) cũng nh các bộ phận dẫn đi n khác. Khi đi n áp nh , dây dẫn ra không cần bọc thêm cách đi n. û những máy biến áp có đi n áp cao, đo n dây dẫn từ cuộn cao áp tới sứ cách đi n tới nắp thùng cần ph i đ ợc cách đi n t t bằng nhiều lớp cách đi n quấn xung quanh. Tuy nhiên do đi n áp cao, đi n tr ng tập trung dây dẫn ra rất m nh, rất có thể x y ra hi n t ợng phóng đi n chọc thủng những nô xung yếu nhất về cách đi n. Vì vậy, chiều dài của dây cao áp trong thùng càng ngắn thì đợ tin cậy càng cao. Trong ph ng án này, rõ ràng chiều dây cao áp bị tăng thêm một đo n bằng nữa chiều cao cuộn cao áp do công ngh quấn dây. Do đó đây cũng ch a ph i là ph ng án t i u nhất. 45 Đồ án tốt nghiệp F. Ph Thiết kế máy biến áp thử nghiệm ng án thứ sáu: CA HA Ura B B1 B2 Hình.3.6 Là một b ớc c i tiến, khắc phục nh ợc điểm của ph ng án năm. Các bánh dây đ ợc b trí kiểu bậc thang có đ ng kính gi m dần tính từ đầu ra cuộn cao áp. Phân b từ tr ng t n của cuộn dây nh hình trên. Trong đó B1, B1’ là từ thông t n chính, B2 là từ thông t n do cuộn dây có chiều cao không bằng nhau sinh ra. u điểm của ph ng án này là đầu dây ra cao áp đ ợc b trí bánh dây trên cùng gần với sứ đầu ra trên nắp thùng máy biến áp, rút ngắn đ ợc chiều dài dây dẫn ra cao áp đ m b o yêu cầu cách đi n. Chọn ph ng án dây quấn t i u: Yêu cầu của bài thiết kế máy biến áp thử nghi m đi n áp ra của cuộn dây cao áp là: 120 (kV). Với đi n áp này b n ph ng án đầu không chấp nhận đ ợc do nh ợc điểm dây quấn cách đi n không an t n. Ph ng án năm có thể dùng đ ợc với điều ki n ph i đ m b o đ ợc độ bền đi n. Dây dẫn đầu ra cao áp, t n vật li u cách đi n đắt tiền cách quấn này chỉ nên dùng khi chiều cao các bánh dây t ng đ i nh đi n áp không lớn lắm. Qua phân tích u nh ợc điểm của từng ph ng án quấn dây đã nêu trên ta nhận thấy ph ng án thứ sáu có nhiều u điểm h n c . - Do phân đo n thành các bánh dây kiểu bậc thang màøkho ng cách cách đi n gi ã các m m bánh dây gần nhau đ ợc tăng lên. Bánh dây càng có đi n áp cao 46 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm thì kho ng cách này càng lớn (so với bánh bên c nh và bánh kế tiếp) do cách đi n của cuộn dây cao áp so với cuộn h áp tăng lên t i bánh đó. - Gi m đ ợc cách đi n các lớp dây trong một bánh. - Chiều dài đầu ra cao áp trong thùng đ ợc rút ngắn thiết kế hợp lý đ m b o độ tin cậy khi máy làm vi c - Máy làm mát t t nh di n tích tiếp xúc với dầu của bánh dây tăng, giúp cho t n nhi t đ ợc d dàng. - Công ngh chế t o, lắp ráp t ng đ i đ n gi n, khi có sự c h h ng, thuận ti n cho vi c kiểm tra phát hi n chỗ khuyết tật gi m đ ợc th i gian sửa chữa. - Căn cứ vào những u điểm trên cuộn cao áp của máy biến áp thử nghi m trong bài này sẽ đ ợc tính t n thiết kế theo ph ng án sáu. Ch ng IV TÍNH T N LÕI THÉP VÀ DÂY QU N MÁY BI N ÁP æ S li u ban đầu : Công suất máy: S = 20 (kVA) Đi n áp s cấp: U1 = 0 ÷ 220 (V) Đi n áp thứ cấp: U2 = 0 ÷ 120 (kV) Tần s : f = 50 (Hz) æ B ớc đầu tính t n lấy các thông s của máy theo tiêu chuẩn về s n suất máy biến thế – tài li u s 2 – “trang 560”. Đi n áp ngắn m ch: Un = 4,5 % T n hao ngắn m ch: Pn = 510 (W) Dòng không t i phần trăm: i0 = 2% Máy làm mát bằng dầu. æ Các s li u này lấy với mục đích chỉ tham kh o. Lấy và chọn s bộ, sẽ tính l i chính xác theo kết cấu máy. § 4.1 Tính t n kích th I. Tính t n các đ i l c ch y u ng đi n c b n: 1. Công su t trên tr máy bi n áp: Theo công thức (2-2) – tài li u s 1: S (kVA) St = t Trong đó: S = 20 (kVA) – dung l ợng máy biến áp t = 1 – s trụ tác dụng 47 Đồ án tốt nghiệp St = Thiết kế máy biến áp thử nghiệm 20 = 20 (kVA) 1 2. Dòng đi n đ nh mức c a máy: Theo công thức (2-4)- tài li u s 1 S . 10 3 (A) I= U 20 . 10 3 S . 10 3 = = 90 ,9 ( A ) æ Phía s cấp: I 1 = 220 U1 20 .10 3 S .10 3 = = 0,166 ( A ) æ Phía thứ cấp: I 2 = 120 .10 3 U2 Trong đó: U1 = 220 (V) – đi n áp định mức phía s cấp U2 = 120 (kV) – đi n áp định mức phía thứ cấp S = 20 (kVA)- dung l ợng máy biến áp 3. Đi n áp th nghi m dây qu n: Theo b ng 2 – tài li u s 1: U1 = 220 V – ta có đi n áp thử Uth1 = 5 (kV) U2 = 120 kV – ta có đi n áp thử Uth2 = 210 (kV) II. Ch n s li u xu t phát và tính các kích th c ch y u: 1. Chọn chiều rộng quy đ i của rãnh từ t n giữa dây quấn cao áp CA và h áp HA: Ph ng án cách đi n bằng ng bakêlit dầu: 1 4 2 3 48 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm Hình 4.1 1 – cuộn dây HA 2– cuộn dây CA 3- trụ 4 – ng cách đi n bakêlit. Theo hình (14- 5) trang 101 – tài li u s 2 – với Uth2 = 210 (kV). Chọn a12 = 6,5 (cm). Trong r nh đặt 3 ng cách đi n bakêlit. Nh ng đ i với kho ng cách này dùng cho máy áp đi n lực. Công suất lớn. Làm vi c dài h n. Còn đây ta chỉ thiết kế máy biến áp thử nghi m công suất bé đi n áp lớn làm vi c ngắn h n nên lúc đầu chọn a12 = 5 (cm). trong rãnh dầu đặt 2 ng bakêlit có độ dày mỗi ng là δ12 =0,4 (cm). Độ bền đi n giữa CA và HA. Khi dùng dầu và ng bakêlit: Uct = Edầu.ddầu + Eb.db Edầu =14(kV/mm)- c ng độ cách đi n của dầu máy biến áp. ddầu : khỗng cách dầu cách đi n. ddầu = a12 - 2δ12 = 5- 2.0,4 = 4,2(cm) Eb : độ bền đi n bakêlit theo b ng(2-15)-tài li u s 4 - chọn bakêlit lo i 3020. với tấm dày 3 (mm). Eb = 9 (kV / mm) – độ bền đi n của bakêlit. db = 2.0,4 = 0,8 (cm) Vậy Uct = 14.42 + 9.8 = 660 (kV) Trong thực tế ng bakêlit còn có tác dụng làm màng chắn phân b l i đi n tr ng nên Uct ph i lấy lớn h n trị s đã tính đ ợc. Lấy Uct = 700 (kV) - Đ i với máy biến áp thử nghi m ta cso thể sử dụng vật li u t t h n nhằm gi m kích th ớc của máy t i đa mà vẫn đ m b o đ ợc độ bền đi n. Do đó ta dùng vật li u v i thuỷ tinh ép bằng keo êbôxynôvônakrêdin. Ta tính sao cho c ng độ cách đi n mới này bằng ph ng pháp dùng dầu và ng bakêlit. - Thay cách đi n dầu + bakelit bằng cách đi n v i thuỷ tinh dán keo êbôxy. Để làm mát cuộn dây h áp và thuận ti n cho lắp dây ta t o ra một rãnh dầu dọc trục có chiều rộng 0,5 (cm) giữa cuộn dây h áp và phân cách cuộn dây cao áp. 4 1 2 49 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm Hình 4.2 1 – Cuộn dây h áp 2 – Các bánh dây 3 - Trụ 4 – ng cách đi n cao áp - h áp bằng v i thuỷ tinh ép keo êbôxy - Chiều dày s bộ của ng cách đi n v i thuỷ tinh ép keo êbôxy: Uct = 5.Edầu + Ev.dv Trong đó: Edầu = 14 (kV / mm) – c ng độ cách đi n của dầu máy biến áp Ev = 18 (kV / mm) – c ng độ cách đi n của v i thuỷ tinh- theo tài li u 4 – b ng 2 – 21. dv – chiều dày ng cách đi n của v i thuỷ tinh. Do đó: 700 = 5.14 + 18. dv dv = 3,5 (cm) = 35 (mm) - Do cách quấn dây phân đo n bánh dây, chiều dày cách đi n so với cuộn h áp. û mỗi bánh khác nhau t i bánh có đi n áp 120 (kV) thì chiều dày ng cách đi n là 3,5 (cm) - Khi tính t n lấy giá trị trung bình. S bộ chọn dvtb = 2 (cm) a’12 = dvtb + 0,5 = 2,5 (cm) Giá trị 0,5 là rãnh dầu dọc trục giữa cuộn h áp và phần cách đi n cuộn cao áp. Theo b ng 18 – trang 193 – tài li u s 1: - Kho ng cách cách đi n từ trụ đến dây quấn h áp: a’01 = 0,4 (cm) - Kho ng cách cách đi n từ h áp đến dây quấn cao áp: lấy giá trị trung bình (kể c rãnh dầu): a’12 = 2,5 (cm) + Từ công thức (2 – 36) - trang 43 – tài li u s 1: a1 + a2 = k.4 St 3 50 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm Trong đó: a1, a2 – chiều dày cuộn dây h áp, cao áp St = 20 (kVA) – công suất trụ của máy. Theo b ng 12 – tài li u s 1 – chọn k = 0,6 a1 + a2 = 0,6.4 20 = 1,26(cm) 3 Ta có chiều rộng quy đ i từ tr ng t n: a +a ' a r = a 12 + 1 2 = 2,5 + 1,26 = 3,76(cm) 3 2. H s Rogovski (kr): H s kr đ i với một dãy công suất và đi n áp rộng nói chung thay đ i rất ít, có thể xem là không đ i. Th ng lấy kr = 0,95. 3. Các thành ph n đi n áp ngắn m ch: æ Thành phần đi n áp ngắn macïh tác dụng: Theo công thức(2-10)- tài li u s 1: P 510 U nr % = n % = = 2,55(%) 10.20 10.S Trong đó: Pn = 510 (W) – t n hao ngắn m ch. S = 20 (kVA) – dung l ợng máy biến áp. æ Thành phần đi n áp ngắn macïh ph n kháng: Theo công thức(2-11)- tài li u s 1: U nx % = U 2 nx % - U 2nr % = 4,5 2 − 2,55 2 = 3,7(%) Trong đó:Un% = 4,5 % - đi n áp ngắn m ch. Unr% = 2,55 % - đi n áp ngắn m ch tác dụng. Chọn vật li u: æ Nhận xét: Vật li u làm lõi sắt trong máy biến áp thử nghi m cao áp một pha, chọn vật li u làm lõi là tôn cán l nh để gi m dòng từ h trong lõi thép. Chọn mật độ từ c m trong trụ thấp để đi n áp không bị biến d ng nhiều trong đo l ng. Mục đích ít gây sai s . Do đó chọn tôn cán l nh mã hi u 3404. Có chiều dày mỗi lá tôn là 0,35 (m). Theo tài li u s 2 – trang 260. th ng chọn BT = (1 ÷ 1,2) Tesla. Đ i với máy biến áp thử nghi m do đó ta chọn s bộ BT = 1,1 (Tesla). Theo b ng 45 – 50 – tài li u s 1 – ta có suất t n hao của trụ và suất từ h của trụ: 51 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm + Suất t n hao của trụ: PT = 0,575 (W / kg) + suất từ h của trụ: qT = 0,65 (Var / kg) - Theo b ng 4 – trang 186 – tài li u s 1: Với S = 20 (kVA) • Ta chọn h s bậc thang trong trụ là 6 bậc. • H s chèn kín kc = 0,89 Tr + Với tôn mã hi u 3404 dày δ = 0,35 (mm) có h s đầy rãnh kđ = 0,97 + H s lợi dụng lõi thép: KL = kc . kđ = 0,89.0,97= 0,86 - Mật độ từ c m của gông: B Bg = T kg Hình 4.3 Trong đó: BT = 1,1 (T) – mật độ từ c m trong trụ kg = 1,02 – h s tăng c ng gông (b ng 6 – trang 187 - tài li u 1) 52 Đồ án tốt nghiệp Bg = Thiết kế máy biến áp thử nghiệm 1,1 = 1,08(T ) 1,02 + Theo b ng 45 – 50- tài li u s 1: • Suất t n hao của gông: Pg = 0,555 (W/ kg) • Suất từ h của gông: qg = 0,628 (VAr/ kg) 4. Chọn h s β: Với công suất từ 20 ÷ 650 (kVA) máy biến áp làm mát bằng dầu. Máy biến áp đi n lực thông th ng β th ng vào kho ng (1,2 ÷ 1,6) Cần chọn β sao cho tỉ l đ ng và sắt phù hợp với nhau. Nh ng trong thiết kế máy biến áp thử nghi m cần phân b cuộn dây dọc theo chiều trụ sao cho phân b đi n tr ng đều đặn trên máy. Nên máy ph i có hình dáng cao. S bộ chọn β = 1,2 . 4. Các hằng s tính t n g n đúng: Tra b ng 13 – 14 – trang 91 – tài li u 1: a = 1,4 b = 0,55 5. H s tổn hao ph trong dây qu n kf: Tra b ng 15 – trang 191 – tài li u s 1: kf = 0,97 6. Đ ng kính s b tr : St ar .k r .β . f .U ux .BT2 .k L2 Theo công thức (2 – 38) tài li u s 1: d = 16. 4 Trong đó: St = 20 (kVA) – công suất trụ của máy ar = 3,76 (cm) – chiều rộng quy đ i r nh từ t n kr = 0,95 - h s Rogopski β = 1,2 – h s hình dáng f = 50 (Hz) - tần s đi n l ới Unx = 3,7% - thành phần phần trăm đi n áp ngắn m ch ph n kháng. BT = 1,1 (T)- mật độ từ c m trong trụ. 53 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm KL = 0,86 - h s lợi dụng. Thay vào ta đ ợc. d = 16. 4 20.3,76.0,95.1,2 . = 13,75(cm). 50.3,7.1,12.0,86 2 d chuẩn. d = 14(cm). 9. Tính l i BT: 14 = 16 4 20 .3,76 .0,95 .1,2 50 .3,7.0,86 2.BT2 BT =1,03 (Tesla) 10. Đ ng kính rãnh d u s b : d12 = a.d Trong đó: a = 1,4 – Hằng s tính t n. d = 14 (cm) – Đ ng kính trụ d12 = 1,4.14 = 19,6 (cm) 11. Chi u cao dây qu n s b : d 19,6 l = Π. 12 = 3,14. = 51,28(cm) β 1,2 Trong đó: d12 = 19,6 (cm) β = 1,2 12. Ti t di n hữu hi u c a tr : TT = KL.Π. β d12 (cm2) Trong đó: KL = 0,86 – h s lợi dụng d = 14(cm)- đ ng kính trụ 3,14.14 2 TT = 0, 86. = 132, 3 ( cm 2 ) 4 §4.2 Tính t n dây qu n. I. Dây qu n h áp: 1. Sức đi n đ ng c a m t vòng dây: 54 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm UV = 4,44.f.BT. TT.10-4(v) Trong đó: f =50 (Hz) – Tần s đi n l ới BT =1,1 (Tesla) – Mật độ từ c m trong trụ TT =132,3 (cm2) - Tiết di n trụ UV = 4,44.50.132,3.1,1.10-4 = 3,23(V) 2. S vòng dây c a dây qu n h áp: Theo công thức(3-5)-tài li u 1: w1 = u1 u v (vòng) Trong đó: U1 = 220 (V) – Đi n áp định mức phía h áp. Uv = 3,23 (V) – Sức đi n động một vòng dây. w1 = 220 = 68 (vòng) 3, 23 3. Đi n áp thực c a m i vòng dây: Uv = u1 220 = = 3,23(V ) 68 W1 4. Mật đ dòng đi n trung bình c a dây qu n: Theo công thức(3 - 2) - tài li u s 1: Δtb = 0,764.k f . pn .uv ( A / mm2 ) S.d12 Trong đó: kf = 0,97 - H s t n hao phụ trong dây quấn. Pn = 510 (W) – T n hao ngắn m ch. Uv =3,23 (V) – Đi n áp trên mỗi vòng dây S = 20 (kVA) – Công suất máy biến áp. d12 = 19,6 (cm) – Đ ng kính rãnh dầu s bộ Δ tb = 0, 764.0, 97. 510.3, 23 = 3,1(A/mm 2 ) 20.19, 6 5. Ti t di n s b c a m t vòng dây c a dây qu n h áp: Theo công thức(3 -10)- Tài li u s 1: 55 Đồ án tốt nghiệp T1' = Thiết kế máy biến áp thử nghiệm I1 (mm2 ) Δtb Trong đó: I1 = 90,9 (A) – dòng đi n định mức phía h áp Δtb =3,1 (A / mm2)– Mật độ dòng đi n trung bình của dây quấn. T1' = 90, 9 = 29, 32(mm 2 ) 3,1 Theo b ng38- tài li u s 1: Với : S = 20 (kVA) I1 = 90,9 (A) U1 = 220 (V) T1 = 29,32 (mm2) Ta chọn kiểu dây quấn hình ng hai lớp, dây dẫn chữ nhật mã hi u πcД 6. S vòng dây trong m t l p: Theo công thức(3 – 8b)- tài li u s 1: W11 = W1 n (vòng) Trong đó: W1 =68 (vòng) – S vòng dây của dây quấn h áp. n = 2 (lớp) – S lớp dây trong cuộn h áp. W11 = 7. Chi u cao h 68 = 34 (vòng) 2 ng tr c c a m i vòng dây: Theo công thức(3 - 9)- tài li u s 1: h 'v1 = l W11 +1 (cm) Trong đó: l = 51,28 (cm) – Chiều cao dây quấn s bộ. W11 = 34 (vòng) – S vòng dây trong một lớp của dây quấn h áp. h 'v1 = 51, 28 = 1, 47(cm) 34 + 1 56 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm l01 l1 l02 ’ D1 a1 a11 D”1 Hình 4.4 dây quấn h áp 8. Ch n dây: Căn cứ vào chiều cao h ớng trục: h’v1 = 1,47 (cm) T’1 =29,32 (mm2) Theo b ng 22- tài li u s 1: - Chọn hai dây đ ng trần chữ nhật chập l i có cách đi n dày 0,5 (mm). Quấn đứng sợi dây theo chiều trái. - Kích th ớc dây dẫn đ ợc viết nh sau: n v1 a.b a ' .b ' ; Td1 Trong đó: nv1 =2 – S sợi chập. a = 2,5 (mm); b = 6,3 (mm) – Kích tr ớc dây trần. a’ = 3 (mm); b’ = 6,9 (mm) – Kích tr ớc dây có cách đi n. Td1 = 15,2 (mm2) – Tiết di n mỗi sợi dây. 9. Ti t di n thực c a m i vòng dây qu n h áp: 57 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm T1 = nv1.Td1 = 2.15,2 = 30,4 (mm2) 10. Chi u cao thực c a m i vòng dây: hv1 = nv1.b’ = 2.0,69 = 1,38 (cm) 11. Mật đ dòng đi n thực c a dây qu n h áp: Theo công thức(3 - 12) - Tài li u s 1: Δ1 = I1 (A/mm 2 ) T1 Trong đó: I1 = 90,9 (A) – Dòng đi n định mức phía h áp. T1 = 30,4 (mm2) – Tiết di n của mỗi vòng dây quấn h áp. Δ1 = 90, 9 = 3(A/mm 2 ) 30, 4 12. Chi u cao dây qu n h áp: Theo công thức(3 - 13) - Tài li u s 1: l1 = hv1(W11 + 1) + 1 Trong đó: hv1 = 1,38 (cm) – Chiều cao thực của mỗi vòng dây W11 = 34 (vòng) – S vòng dây trong một lớp. l1 = 1,38(34 + 1) + 1 = 49,3 (cm) 13. B dày dây qu n h áp: Theo công thức(3 – 14b)- Tài li u s 1: a1= 2.a, + a11(cm) Trong đó : a, = 0,3 (cm) - Kích th ớc dây có cách đi n a11 = 0,5(cm) - Kho ng cách làm l nh giữa 2 lớp dây quấn. a1 = 2.0,3 + 0,5 = 1,1 (cm) 14. Đ ng kính trong c a dây qu n h áp: Theo công thức(3 –15) - Tài li u s 1: D’1= d + 2.a01 Trong đó: d = 14(cm) - Đ ng kính trụ a01 = 0,4(cm)- Kho ng cách cách đi n từ trụ đến dây quấn h áp. ’ D 1 = 14 + 2.0,4 = 14,8(cm) 15. Đ ng kính ngồi c a dây qu n h áp: Theo công thức(3–16) - Tài li u s 1: 58 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm D”1 = D’1 + 2. a1 (cm) Trong đó: D’1 = 14,8(cm) - Đ ng kính trong dây quấn h áp. a1 = 1,1(cm) - Bề dày dây quấn h áp D”1 = 14,8 +2.1,1 = 17(cm) 16. Tr ng l ng đồng dây qu n h áp : Theo công thức(4–7a) - Tài li u s 1: Pcu1 = 2,4. Δ12. Gcu1 Trong đó: Δ1 = 3(A/mm2) - Mật độ dòng đi n dây quấn h áp. G Cu1 D1' +D1" = 28.t W1 .T1 .10 -5 (kg) 2 14,8+17 GCu1 = 28.1. .68.30,4.10−5 = 9,2(kg) 2 II. Dây qu n cao áp: 1. S vòng dây cu n cao áp: U2 120.103 W2 = W1 = 68. = 37091 (vòng) U1 220 Trong đó : W1 = 68 (vòng) - S vòng dây cuộn h áp. U2 =120 (kV) - Đi n áp định mức cao áp. U1 =220 (V) - Đi n áp định mức h áp. 2. Mật đ dòng đi n s b : Theo công thức(3–30) - Tài li u s 1 Δ2’ = 2. Δtb – Δ1 (A/mm2) Với : Δtb = 3,1 (A/mm2) - Mật độ dòng trung bình của dây quấn. Δ1 = 3 (A/mm2) - Mật độ dòng đi n thực của dây quấn. Δ2’ = 2. 3,1 –3 = 3,2(A/mm2) 3. Ti t di n vòng dây s b : Theo công thức(3–31) - Tài li u s 1 I T2, = 2 , (mm 2 ) Δ2 Với: I2 = 0,166 (A) – Dòng đi n phía cao áp. Δ2’ = 3.2 (A/ mm2) – Mật độ dòng đi n s bộ. 59 Đồ án tốt nghiệp T2, = Thiết kế máy biến áp thử nghiệm 0,166 = 0,052(mm2 ) 3,2 4. Ch n dây: Vì dây quấn cao áp của máy biến áp thử nghi m có tiết di n t ng đ i nh . Do đó dây quấn phía cao áp của máy đ ợc chọn theo độ bền về c khí không chọn độ bền về đi n và với mục đích đề phòng ngắn m ch nên dây quấn phía cao áp đ ợc chọn có tiết di n lớn h n từ 2÷ 3 lần so với tiết di n s bộ. Theo b ng3. Tài li u thiết bị đi n tử công suất - Trần Văn Thịnh – Chọn dây đ ng với mã hi u лЭb0. Có đ ng kính d2 = 0,35(mm), tiết di n T2 = 0,09621 (mm2). Dây dẫn đ ợc tráng 2 lớp êmay có cách đi n 0,15 (mm), chiều dày cách đi n tính t n lớn h n 0,1 (mm). Có kể đến sự xếp không chặt của dây dẫn tròn. 5. Mật đ dòng đi n thực: Δ2 = I2 (A/mm 2 ) T2 Trong đó: I2 = 0,166 (A) – Dòng đi n phía cao áp. T2 = 0,09621 (mm2) – Tiết di n mỗi vòng dây quấn cao áp. 0,166 Δ2 = = 1, 73(A/mm2 ) 0,09621 6. K t c u dây qu n: - Kết cấu dây quấn ph i dựa trên c s đ m b o độ cách đi n cao, vật li u d kiếm, thuận ti n cho vi c quấn dây. - Theo tài li u 2 – Trang 91, đi n áp lớn của mỗi bánh dây cao áp từ 100 (V) đến 200 (V). - Để tính t n ta chọn giá trị đi n áp làm vi c giữa 2 lớp dây là 400V, cách đi n bằng 2 lớp giấy cáp: 2.0,12 (mm). 7. S vòng dây trong m i l p bánh dây: W12 = 400 400 = = 124 (vòng) U v 3, 23 Với : Uv = 3,23 (V) – Đi n áp thực của mỗi vòng dây. 8. Chi u cao m t bánh dây: 60 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm W 12 = h b2 -1 d '2 Với : W12 = 124 (vòng) – S vòng dây trong mỗi lớp bánh dây. d’2 : Đ ng kính dây kể c cách đi n. d’2 = 0,35 + 0,15 + 0,1 = 0,6 (mm) h b2 124 = -1 0 ,0 6 hb2 = 7,5 (cm) - Các bánh dây đ ợc thiết kế có chiều cao bằng nhau, chỉ khác đ ng kính. - Để đ m b o cách đi n giữa các bánh dây ta đặt vòng đ m mỗi đầu bánh dây. S vòng đ m sẽ nhiều h n s bánh dây 1 đ n vị. nvđ = nb2 + 1 9. Tính s bánh dây : n b2 = l 2 -δ d -1 h b2 + δ d Trong đó : Chọn: l1 = l2 = 49,3 (cm) hb2 = 7,5 (cm) – Chiều cao một bánh dây. δd : Có bề dày t ng đ i nh khi tính t n gần đúng có thể b qua. l 4 9 ,3 n b2 = 2 = = 6 ,5 7 (bánh). h b2 7 ,5 Chọn 6 bánh vì giữa các bánh dây có tấm đ m nên ta chọn nb2 ph i nh . 10. Đi n áp trên m i bánh dây: = U2 (kV ) n b2 Với: U2 = 120(kV) - Đi n áp định mức phía h áp. nb2 = 6(bánh) - T ng s bánh dây phía cao áp. 120 Ub = = 20(kV ) 6 HA U b CA D’26 ” D’25 D 26 ” D’24 D 25 ” D’23 D 24 61 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm Hình 4.5 S đ kết cấu dây quấn cao áp 11. Tính đi n áp ch c th ng giữa các l p bánh dây: - Đi n áp chọc thủng giữa các lớp bánh dây là 20(kV). Đ đ m b o cách đi n ta ph i chon vật li u có trị s cách đi n lớn h n từ 2 ÷ 3 lần. Lấy Uct của mỗi bánh dây là 60(kV). - Ta có thể dùng tấm cách đi n v i thuỷ tinh êbôxy dày 0,35(mm)làm vành đ m giữa các bánh dây. - Theo b ng (2-21) - Tài li u 4 với v i thuỷ tinh êbôxy dày 0,35(mm) có c ng độ chọc thủng là 18 (A/mm). Vậy suy ra: Uct = 18.3,5 = 63 (kV). - Tính l i chiều cao một bánh dây: h 'b 2 = l 2 -7 δ d n b2 Với : l2 = 49,3 (cm) - Chiều cao dây quân cao áp. δd = 0,35(cm) - Bề dày vành đ m. nb2 = 6 (bánh) - S bánh dây cao áp. Trị s 7 là các khỗng cách dặc vành đ m giữa các bánh dây. h 'b2 = 49,3-7.0,35 = 7, 8(cm ) 6 - S vòng dây trong mỗi lớp bánh dây: W 12 ' = h b2 -1 d '2 Trong đó : h’b2 = 7,8 (cm) - Chiều cao một bánh dây. d’2 = 0,06(cm) – Đ ng kính dây kể c cách đi n. W12 = 7,8 -1= 129 (vòng) 0,06 - Đi n áp thực tế giữa các lớp là. 62 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm U '2 w = Uv U’2 = Uv. W’12 = 129. 3,23 = 417(V) ' 12 12. S vòng dây m i bánh: wb = U b .1 0 3 Uv Trong đó : Ub = 20(kV) - Đi n áp trên một bánh dây Uv = 3,23(kV)- Đi n áp trên một vòng dây. U b .103 wb = (vòng) Uv 13. S l p trong m i bánh dây: wb n1 = w 1' 2 Trong đó: Wb =6192 (vòng) - S vòng dây mỗi bánh. W12’ = 129 (vòng) - S vòng trong mỗi lớp. 6192 n1 = = 4 8 (lớp) 129 14. Chi u dày c a dây qu n: a2 = n2 .d’2 + (n1 – 1). δ12 Với : n1= 48(lớp) - s lớp trong một bánh. d'2 = 0,06 (cm) - Đ ng kính dây. δ12: Bề dày cách đi n giữa các lớp. δ12 = 2.0,12 = 0,024 (mm)= 0,24 (cm) a2 =48.0,06 + (48-1).0,024 = 4 (cm) 15. Các kho ng cách cách đi n giữa h áp và cao áp: Do đặc tr ng của cách quấn bậc thang. Các bánh dây so với cuộn h áp khác nhau. Do đó kho ng cách cách đi n giữa cuộn cao áp và h áp các bánh cũng khác nhau. Từ b ng 2- Tài li u 1æ Bánh 1: có U1 = 20 (kV) Ut1 = 55 (kV) a12 = 2,7 (cm) c = 0,45 (cm) 63 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm Qui đ i về ng thuỷ tinh + êbôxy. Ect dầu .ddầu = 5.Ect dấu + de1.Ect e Trong đó : Ect dầu =14 (kV/mm) ddầu =a12 - δ12 = 27- 4,5 = 22,5 (mm) Ect e = 18 (Kv/mm) 14.22,5 = 5.14 + de1 .18 Suy ra : de1 = 14 (mm) = 1,4 (cm) æ Bánh 6: có U6 =120 (kV) de6 = 3,5 (cm) Bậc nh nhất có chiều dày 1,4 (cm). Bậc lớn nhất có chiều dày 3,5 (cm). nh vậy chiều dày cách đi n từ bánh s 1 đến bánh 6 là: 1,4 ; 1,8 ; 2,2 ; 2,6 ; 3 ; 3,5 16. Đ ng kính trong dây qu n: D2’ = D”1 + 2.a12 Trong đó : D”1 = 17 (cm) - Đ ng kính ng i dây quấn h áp. Bánh 1: a121 = 0,5 + de1 = 0,5 + 1,4 =1,9 (cm) 0,5 (cm) - Là chiều rộng rãnh dầu làm mát D21’ = 17 + 2.1,9 = 20,8 (cm) Bánh 2: a122 = 0,5 +de2 = 0.5 + 1,8 = 2,3 (cm) D’22 = 17+ 2. 2,3 = 21,6 (cm) Bánh 3 a123 = 0,5 + de3 = 0,5 + 2,2 = 2,7 (cm) D’23 =17 + 2,7.2 =22,4(cm) Bánh 4 a124 = 0,5 + de4 = 0,5 + 2,6 = 3,1 (cm) D’24 = 17 + 3,1 .2 = 23,2 (cm) Bánh 5 a125 = 0,5 + de5 = 0,5 + 3 = 3,5 (cm) D’25 = 17+ 3,5.2 =24 (cm) Bánh 6 a126 = 0,5 + de6 = 0,5 +3,5 = 4 (cm) D’26 = 17 + 4.2 = 25 (cm) 17. Đ ng kính ngồi dây qu n: D”2 = D’2 + 2.a2 Trong đó : a2 = 4(cm) – Chiều dày của bánh dây. 64 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm S đồ k t c u b trí dây qu n cao áp và h áp 5 1 Bánh 1: D”21 =D’21 + 2.a2 = 20,8 + 2.4 = 28,8 (cm) Bánh 2: D”22 = D’22 + 2.a2 =21,6 +2.4 = 29,6 (cm) Bánh 3: D”23 = D’23 + 2.a2 =22,4 +2.4 =30,4 (cm) Bánh 4: D”24 = D’24 +2.a2 =23,2 + 2.4 = 31,2 (cm) Bánh 5: D”25 = D’25 +2.a2 =24 + 2.4 = 32 (cm) Bánh 6: D”26 = D’26 + 2.a2 =25 + 2.4 = 33 (cm) 65 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm §4.3 Xác đ nh kích th c c th c a lõi sắt. 1. Ch n k t c u lõi thép: Ta chọn kết cấu lõi thép kiểu bọc, m ch từ đ ợc ghép xen kẽû bằng tôn cán l nh mã hi u 3404 . M ch từ có b n m i nghiêng b n góc. Trụ có sáu bậc, gông tiết di n chữ nhật. Theo b ng 41a- Tài li u1 - với d = 14 (cm) Và s bậc của trụ là 6 bậc ta có kích th ớc của tập lá thép nh sau. 0,5 0,7 0,8 1 1,7 1,9 4 6,5 8,5 10,5 12 13,5 2. Di n tích bậc thang c a n a ti t di n tr : 3,5.1,9 + 12.1,7 + 10,5.1 + 8,5.0,8 + 6,5.0,7 + 4.0,5 = 69,4 (cm) 66 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm 3. Tổng chi u dài lá thép c a n a ti t di n tr : 1,9 + 1,7 + 1 + 0,8 + 0,7 + 0,5 = 6,6 (cm) 4. Tồn b ti t di n bậc thang c a tr : Tbt =2.69,4 = 138,8 (cm2) 5. Ti t di n h a hi u c a tr : Tt =Kđ .Tbt = 0,97. 138,8 = 134,6 (cm2) Với: Kđ = 0,97 –H s đầy rãnh. Tbt = 138,8 (cm2) 6. Ti t di n gông: Máy biến áp cólõi kiểu bọc, gông của máy biến áp đ ợc chia làm hai bọc lấy trụ, nh vậy tiết di n gông sẽ bằng một nửa tiết di n trụ. K g .T b t Tg = 2 Với : Tbt = 138,8 (cm2) - tiết di n bậc thang. Kg =1,025 – tra b ng 6 – Tài li u 11 ,0 2 5 .1 3 8 ,8 Tg = = 7 1,1(cm 2 ) 2 7. Ti t di n h u hi u c a tr : Tg’ = Tg .Kg = 0,97 . 71,1 = 68,9 (cm2) Với: Kg = 0,97 – H s đầy rãnh. Tg = 71,1 (cm2) - Tiết di n gông. 8. Chi u r ng gông: bg = 2.6,6 = 13,2 (cm) 9. Chi u cao gông: hg = T g/ bg = 6 8 ,9 = 5 ,1 ( c m ) 1 3 ,2 10. Chi u dài tr : lt = l2 + l01 +l02 Với: l2 = l1 = 49,3 (cm) - Chiều cao dây quấn. 67 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm l01, l02 là kho ng cách từ dây quấn đến gông trên và gông d ới. Đ i với bánh dây gần gông d ới có U21 = 20 (kV) - Có Ut = 55(kV) - Tra b ng 19 - Tài li u 1 ta có kho ng cách l02 = 5 (cm). Bánh dây gần gông trên có đi n áp 120 (kV). Lấy l01 = 12 (cm). Các kho ng cách l01 và l02 đều đ ợc đ m bằng vật li u v i thuỷ tinh + êbôxy. H n t n áp ứng yêu cầu cách đi n. lt = 49,3 + 12 +5 = 66,3 (cm) 11. Tính kho ng cách giữa tr và gông bên c nh: Kho ng cách từ bánh dây có đ ng kính lớn nhất (bánh 6) tới gông bên c ch bằng kho ng cách từ bánh này tới gông trên. dca-g = l01 = 12 (cm) Kho ng cách từ trụ đến gông bên c nh. d t -g D "2 6 -d = + d c a -g 2 Với : D”26 = 33 (cm)- Đ ng kính ng i bánh dây thứ sáu. d = 14 (cm) - Đ ng kính trụ. d t-g = 33-14 +12 = 21,5(cm) 2 12. Chi u cao m ch t : H1 = l T + 2.hg Trong đó: l T = 66,3 (cm) - Chiều dài trụ. hg = 5,1 (cm) - Chiều cao gông. H1 = 66,3 + 2.5,1 = 76,5 (cm). 13. Chi u r ng m ch t : dmt = dt + 2.d t-g + 2. hg Với : dt = 14 (cm) - Đ ng kính trụ d t-g =21,5 (cm) - Kho ng cách trụ và gông bên c nh. hg = 5,1 (cm) - Chiều cao gông. dmt = 14 + 2.21,5 + 2. 5,1 = 67,2 (cm) 14. Tr ng l ng c a gông và tr : Gg1 Gg3 hg = 5,1 cm lT = 66,3 cm 68 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm - Trọng l ợng sắt 2 góc m ch từ: (phần g ch chéo) Gg1 = TT . hg.ν .10-6 (kg) Với : TT =134,6 (cm2) – Tiết di n hữu hi u của trụ. hg = 5,1 (cm) - Chiều cao gông. ν = 7650 (kg/m3) - Tỷ trọng thép. Gg1 = 2.134,6 . 5,1.7650 .10-6 = 10,5(kg) - Trọng l ợng sắt 4 phần gông còn l i : (phần g ch chéo) Gg2 = 4. d t-g .bg. hg.ν .10-6 (kg) Với : d t-g =21,5 (cm) - Kho ng cách trụ và gông bên c nh. bg = 13,2 (cm) - Chiều rộng gông. hg = 5,1 (cm) - Chiều cao gông. Gg2 = 4. 21,5 .13,2. 5,1.7650 .10-6 = 44,3 (kg) - Trọng l ợng sắt 2 phần gông bên: Gg3 =2. H1 .bg. hg.ν .10-6 (kg) Với: H1 = 76,5 (cm) - Chiều cao m ch từ. hg = 5,1 (cm) - Chiều cao gông. bg = 13,2 (cm) - Chiều rộng gông. Gg3 = 2. 76,5 .13,2. 5,1.7650 .10-6 = 79 (kg) -Trọng l ợng trụ: GT = t. TT .lt.ν .10-6 (kg) Với: TT =134,6 (cm2) – Tiết di n hữu hi u của trụ. lt = 66,3 (cm) - Chiều cao trụ. t = 1 – S trụ tác dụng. GT =1. 134,6 .66,3.7650 .10-6 = 68,3 (kg) 15. Tr ng l ng sắt tồn b m ch t : G = Gg + GT = Gg1 + Gg2 + Gg3 + GT G = 10,5 + 44,3 +79 + 68,3 = 202,1 (kg) 69 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm Chương V: XÁC Đ NH CÁC THAM S C A MÁY. I. Xác đ nh tổn hao ngắn m ch: 1. Tổn hao chính: 1.1 Dây quấn h áp: Theo công thức(4–7a) - Tài li u s 1 Pcu1 = 2,4 . Δ12 . Gcu1(W) Với: Δ1 = 3 (A/mm2) Gcu1 = 9,2 (kg) 70 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm Pcu1 = 2,4 . 32 . 9,2 = 198,7 (W) 1.2 Dây quấn cao áp: Theo công thức(4–7b) - Tài li u s 1 Pcu2 = 2,4 . Δ22 . Gcu2 (W) G cu2 D '2 +D "2 = 28.t .W b .T2 .10 -5 2 D'2 + D2" 20,8 + 28,8 21,6 + 29,6 22, 4 + 30, 4 = + + + 2 2 2 2 23, 2 + 31, 2 24 + 32 25 + 33 + + + = 161(cm) 2 2 2 Wb = 6192 (vòng) - S vòng dây trong một bánh dây cao áp. T2 = 0,09621 (mm2) - Tiết di n mỗi vòng dây cao áp G cu2 G cu2 D '2 +D "2 = 28.t .Wb .T2 .10 -5 2 = 28.1.6192.161.0, 09621.10 − 5 = 26,85(kg) Pcu2 = 2,4 . 1,732 . 26,85 = 192,86 (W) 2. Tổn hao ph trong dây qu n: - H s Kf nhân với t n hao chính để đ ợc t ng c hai t n hao chính và phụ: Pcu + Pf = Pcu . Kf - Với mật độ dòng Δ1 = 3 (A/mm2) - Bên dây quấn h áp. Và Δ2 = 1,73 (A/mm2) - Bên dây quấn cao áp. Theo ch ng 5 – Tài li u 2lấy Kf = 1,15. 3. Tổn hao trong dây dẫn ra: T n hao trong dây dẫn ra th ng không quá (5 ÷ 8)% t n hao ngắn m ch. 4. Tổn hao trong vách thùng và các chi ti t kim lo i khác: Pt = 10. K.S Trong đó : K = 0,02 – Tra b ng 40a- tài li u 1S = 20 (kVA) - Công suất máy. Pt =10. 20. 0,02 = 4 (W) 71 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm 5. Tổn hao ngắn m ch c a máy: Pn = 0,08.Pn +Pcu1. Kf + Pcu2. Kf + Pt Trong đó: Pcu1 = 198,7 (W) - T n hao trong dây quấn h áp. Pcu2 = 192,86(W) - T n hao trong dây quấn cao áp. Kf = 1,15 – H s t n hao phụ. Pt = 4 (W) Pn = 0,08.510 +198,7. 1,15+ 192,86. 1,15 + 4 = 495 (W) II. Xác đ nh đi n áp ngắn m ch: 1. Thành ph n đi n áp ngắn m ch tác d ng: Theo công thức(4–22) - Tài li u s 1: Pn U nr = 1 0 .S Trong đó: Pn = 495 (W) - T n hao ngắn m ch S = 20 (kVA) - Công suất máy. 495 U nr = = 2, 48(%) 10.20 2. Thành ph n đi n áp ngắn m ch ph n kháng: U nr = 7,9.f.St . .a R .K R .10-3 UV Trong đó: f = 50 (Hz) - Tần s đi n l ới. St = 20 (kVA) - Công suất trụ. aR = 3,76 (cm) - Chiều rộng quy đ i từ tr UV = 3,23 (V) - Đi n áp một vòng dây. KR = 0,95 – H s Rogovski. = ng t n. ∏ .d12 3,14.19, 6 = = 1, 24 l1 49, 3 Unr = 7,9.50.20.1,24.3,76 .0,95.10−3 = 3,35 (%) 2 3,23 3. Đi n áp ngắn m ch tồn ph n: Un = U2nr +U2nx Trong đó : Unr = 2,48 (%) – Đi n áp ngắn m ch tác dụng. Unx = 3,35 (%) - Đi n áp ngắn m ch ph n kháng. 72 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm U n = 2,482 +3,352 = 4, 2 (%) III. Tính tổn hao không t i: 1. Tính mật đ t c m: æ Lõi thép làm bằng tôn cán l nh mã hi u 3404 dày 0,35 (mm). Trị s từ c m trong trụ là: U .104 B = V T 4,44.f.T T Trong đó: UV =3,23 (V) - Đi n áp một vòng dây. f = 50 (Hz) - Tần s đi n l ới. TT =134,6 (cm2) – Tiết di n hữu hi u của trụ. 3, 2 3 .1 0 4 B = = 1, 0 8 (T) T 4 ,4 4 .5 0 . 1 3 4 ,6 æ Mật độ từ c m trong gông: T B = B T . T (T) G TG Với: BT = 1,08 (T) - Mật độ từ c m trong trụ. TT = 134,6 (cm2) - Tiết di n trụ. TG = 71,1 (cm2) - Tiết di n gông. B = 1,08. = 1, 02 (T) G 2.71,1 134,6 Mật độ từ c m BN = m i n i nghiêng. B T 1, 08 = = 0, 76 (T) 2 2 2. Su t tổn hao và su t t h : Theo b ng 45,50 – Tài li u 1- Suất t n hao trong trụ: Pt = 0,555(W/kg) - Suất t n hao trong gông: pq = 0,495 (W/kg) - Suất t n hao trong khe h trụ: pkt = 0,0413 (W/cm2) - Suất t n hao trong khe h gông: 73 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm pkg = 0,0362 (W/cm2) - Suất từ h trong trụ. qT = 0,6296 (VA/kg) - Suất từ h trong gông: qG = 0,568(VA/kg) 3. Tổn hao không t i: Ta có thể xem t n hao không t i g m hai thành phần. T n hao trong trụ và t n hao trong gông. P0 =Kf (PT.GT + PG.GG) Trong đó: Kf là h s t n hao phụ xét đến các yếu t nh BT,BG phân b không đều hoặc do công ngh chế t o lá thép bị bavia, hay xếp không cùng chiều… làm cho P0 tăng lên. Đ i với máy biến áp có m ch từ phẳng. Làm bằng thép cán l nh ép trụ và gông bằng đai có xà ép gông, có nêm dây quấn ép trụ không làm bu lông xuyên lõi. Nếu kể đến tất c những nh h ng trên thì t n hao không t i đ ợc xác định theo công thức sau: P0 = K fp .PT (G T + G 'G . K ⎡ ⎤ ) + K fp .pG ⎢G G - ( K d + 2 ) .G G' + gp .G G' ⎥ 2 2 ⎣ ⎦ K gp Trong đó: Kfp = 1,16 - Với gông tiết di n chữ nhật. PT = 0,555 (W/kg) - Suất t n hao. GT = 68,27 (kg) - Trọng l ợng trụ. GG = 133,8 (kg) - Trọng l ợng gông. PG= 0,495 (W/kg) - Suất t n hao gông. Kd = 2 - H s biểu thị s l ợng góc m i n i. G 'G = G g1 2 = 10,5 = 5, 25 (kg) - Trọng l ợng sắt một góc 2 m ch từ t i chỗ m i n i. Kgp = 5,28 – H s kể đến t n hao phụ góc m i n i (b ng 47Tài li u 1) 5, 28 P0 = 1,16.0, 555(68, 27 + 5, 25. ) 2 5, 25 ⎡ ⎤ + 1,16.0, 495 ⎢133, 8 − ( 2 + 2 ) .5, 25 + .5, 28 ⎥ = 126 ( W ) 2 ⎣ ⎦ IV. Tính dòng đi n không t i: 1. Công su t t h không t i: 74 Đồ ( án tốt nghiệp ) Thiết kế máy biến áp thử nghiệm ' ⎤ Q 0 =K Gi .K T i .K ei .K bi .K ci ⎡ q T .G T +q G G G -K d .G G ⎣ ⎦ +K Gi .K T i .K ei .K bi .K ci . q T +q G ' ' " .G G (K b .K gi +K T .K gi ) 2 Trong đó: KGi = 1 – H s làm tăng suất từ h trong gông. Kti = 1,01 – H s kể đến sự tăng công suất từ h . Do tháo lắp gông trên để cho dây quấn vào trụ. Kei = 1,04 – H s kể đến vi c ép m ch từ để đai. Kbi = 1,01 - H s kể đến vi c cắt gọt bavia. Kci = 1,49 - H s kể đến vi c cắt dập lá thép. K b K 'gi +K T .K "gi = 8,8 - H s chung. qT = 0,6296 (VA/ kg) - Suất từ h trong trụ GT = 68,27 (kg)- Trọng l ợng trụ. GG= 133,8 (kg) - Trọng l ợng gông qG = 0,568 (VA/ kg) – Suất từ h trong gông. Q0 = 1.1, 01.1, 04.1, 01.1, 49 ⎡⎣0, 6296.68, 27 + 0, 568 (133, 8 - 2.5, 25 )⎤⎦ +1.1, 01.1, 04.1, 01.1, 49. 0, 6296 + 0, 568 2 .5, 25.8, 8 = 222, 32 ( VA ) 2. Thành ph n ph n kháng dòng đi n không t i: iox = Q 0 1 0 .S Trong đó: Q0 = 222,32 (VA) – Công suất từ h không t i. S = 20 (kVA) – Công suất máy. 2 2 2 ,3 2 iox = = 1, 1 1 % 1 0 .2 0 3. Thành ph n tác d ng: ior = P0 1 0 .S Với: P0 = 126 (W) – T n hao không t i. S = 20 (kVA) – Công suất máy. 126 ior = = 0, 63 % 1 0 .2 0 75 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm 4. Dòng đi n không t i tồn ph n: io = 2 2 i0 x + i0 r Trong đó: i0x = 1,11 % - Dòng đi n không t i ph n kháng. I0r = 0,63 % - Dòng đi n không t i tác dụng. io = 1,11 + 0,63 2 2 = 1,3% V. Tính t n nhi t c a dây qu n: 1. Nhi t đ chênh trong lòng dây qu n: - Dây h áp: Theo công thức (6-1) – Tài li u 1 q .δ θ o 1 = 1 1 . 1 0 -4 λ cd 0 ,5 = 0 ,2 5 ( c m ) - Chiều dày cách đi n một phía. Trong đó: δ 1 = 2 λ cd = 0,0014 (W/ cm0C ) - Suất dẫn nhi t của lớp cách đi n - tra b ng 54 - Tài li u 1q1 = là mật độ dòng nhi t trên bề mặt dây quấn. q1 = p cu1 .K M 1 f Trong đó: - pcu1 =198,7 (W) – T n hao dây quấn h áp. - Kf : là h s t n hao phụ t ng ứng. § 4.1 - Tài li u s 1 – Ta có Kf = 1. M1 : là bề mặt làm l nh t ng ứng của dây quấn h áp. M1 = (n+1).t.k. Л. (D’1 + D1’’).l1.10-4 (m2). Trong đó : n = 1 – S rãnh dầu dọc trục. t = 1 – S trụ tác dụng. K = 0,75 – H s che khuất. D1’’ = 14,8 (cm ) – Đ ng kính trong dây quấn. D1” = 17 (cm) - Đ ng kính ng i dây quấn. l1 = 49,3 (cm) – Chiều cao dây quấn. M1= (1 +1).1.0,75.3,14.(14,8+17).49,3.10-4= 0,738 (m2). q1 = 1 9 8 ,7 .1 = 2 6 9 , 2 4 ( W /m 2 ) 0 ,7 3 8 76 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm θ o1 = 269,24.0,25 .10 -4 = 4, 8 (0C) 0,0014 - Dây quấn cao áp: Theo công thức (6–8) - Tài li u s 1: p c u 2 .a 22 .1 0 - 4 (0C) θ o2= 2 ⎛ a ⎞ 8 ⎜ λ t b + λ . '22 ⎟ h b2 ⎠ ⎝ Trong đó: pcu2 = 192,86 (W) – T n hao dây quấn cao áp. a2 = Chiều dày của bánh dây. h’2b2 = 7,8 (cm) – Chiều cao bánh dây. λ.λ 2 d '2 +δ 2 λ tb = .10 -2 (W/cm0C) ' λ.δ 2 +λ 2 .d 2 ’ Trong đó: d 2 = 0,05 (cm) – Đ ng kính dây quấn có c cách đi n. d2 = 0,035 (cm) – Đ ng kính dây quấn cao áp. 0,0025 λ= .10−2 = 5, 4.10−5 (W/cm0C) 0,7. 0,43 ( λ2 = λcd λtb = ) 5,4.10-5.0,0025( 0,05+1) θo2 = = 0,0025 (W/cm0C) -5 5,4.10 .1+0,0025.0,05 192,86.42 . = 7,9.10-6 (W/cm0C) ⎛ 42 ⎞ -6 -5 ⎜ ⎟ 8 7,9.10 +5,4.10 . 2 ⎜ 7,8 ⎟⎠ ⎝ .10 -4 = 1,74 (0C) 4. Nhi t đ chênh giữa mặt ngồi dây qu n v i nhi t đ d u: a. Dây qu n h áp : θ o d 1 = K .q 10 ,6 Theo công thức(6–10a) - Tài li u s 1: (0C) Trong đó: K = 0,285 . q1 = 269,24 (W/m2) - Mật độ dòng nhi t của dây quấn h áp. θ o d 1 = 0 ,2 8 5 .2 6 9 ,2 4 0 ,6 = 8,1 8 (0C) b. Dây qu n cao áp: 77 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm 0 θod2 = K1.K 2 .K 3 .0,35.q 0,6 2 ( C) Theo công thức (6–10a) - Tài li u s 1: Trong đó : K1 = 1 – H s t c độ chuyển động của dầu. K2 = 1 – Dây quấn cao áp quấn ng i. K3 = 1,05 – H s tính đến sự đ i l u khó khăn của dầu. (B ng 55 – Tài li u 1): q 2 = p cu2 .K M 2 f pcu2 = 192,86 (W) Kf = 1 M2 = 2t.k. Л. (D’26 + a2)nb2.(a2 + hb2’). Trong đó : nb2 = 6 – S bánh dây cao áp. t = 1 – S trụ tác dụng. K = 0,75 – H s che khuất. D26’ = 25 (cm) - Đ ng kính trong của bánh 6. a2 = 4(cm) - Chiều dày bánh dây cao áp. hb2’ = 7,8 (cm ) - Chiều cao bánh dây cao áp. M2 = 21.1. 3,14. (25 + 4).6.(4 + 7,8)= 12894 (cm2)= 1,28(m2) q2 = 192,86.1 = 150, 67 (W/m2) 1,28 θod2 = 1.1.1,05.0,35.150,670,6 = 7,45 (0C) 3. Nhi t đ chênh trong bình c a dây qu n v i d u : θ 0dtb = θ 01 +θ 02 θ 0d1 +θ 0d2 + 2 2 Trong đó : θ01 = 4,8 (0C) - Nhi t độ chênh trong lòng dây quấn h áp. θ01 = 1,74 (0C) - Nhi t độ chênh trong lòng dây quấn cao áp. θ0d1 = 8,18 (0C) - Nhi t độ chênh giữa mặt ng i dây quấn với nhi t độ dầu cuộn h áp. θ0d2 = 7,45 (0C) - Nhi t độ chênh giữa mặt ng i dây quấn với nhi t độ dầu cuộn cao áp. θ 0dtb = 4,8 + 1,74 8,18 + 7,45 + = 11,1 (0C). 2 2 VI. Thi t k thùng d u và tính t n nhi t : 78 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm 1. Ch n lo i thùng : Với S = 20 (kVA) - Theo b ng 57 – Tài li u 1 – Chọn kiểu thùng vách phẳng, đáy ôvan, đây ta không chọn đáy tròn vì đáy tròn chứa nhiều dầu không kinh tế khi chế t o. 2. Ch n kích th c bên trong thùng : a. Chi u r ng t i thi u c a thùng : - Với máy biến áp có đi n áp 120 (kV) (với 1mm dầu máy biến thế chịu đi n áp phóng đi n là 14 (kV), nên ta sẽ lấy kho ng cách từ dây quấn cao áp tới v thùng bên c nh là 1,5 cm): B = D”2 + 3 Trong đó : D”2 = 33 (cm) – Đ ng kính ng i dây quấn cao áp. B = 33 + 3 = 36 (cm). b. Chi u dài t i thi u c a thùng: A = dmt + 2 Trong đó : dmt = 67,2 (cm) - Chiều rộng m ch từ. A = 67,2 + 2 = 69,2 (cm) c. Chi u cao c a thùng: H = H1 + H1 + n Trong đó : H1 = 76,5 (cm)- chiều cao m ch từ . n = 0,5 (cm) - chiều dày tấm lót gông d ới đến đế thùng - B ng 58 - Tài li u 1. H = 15 (cm) - Chọn (chiều cao từ gông trên đến nắp thùng). H = 76,5 + 0,5 + 15 = 92 (cm). H 79 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm 3. Tính b mặt bức x và đ i l u c a thùng d u : Mbx = Mđl =Môvan . k = [2.(A - B)+ π.B]. H. K (m2) K = 1 – B ng 59 – Tài li u 1 - Đ i với vách thùng phẳng. Mbx = [2.(69,2 - 36)+ π.36]. 92. 1 = 16508,48 (cm2) = 1,65 (m2) 4. Nhi t đ chênh c a thùng d u đ i v i không khí : - Theo công thức (6-47) - Tài li u 1: ⎡ ⎤ k.(p 0 + p n ) θ tk = ⎢ ⎥ (0C) + 2,8.M 2,5.M bx dl ⎦ ⎣ 0,8 Trong đó : Pn =495 (W) - T n hao ngắn m ch . P0 =126 (W) - T n hao ngắn m ch . Mbx = Mđl = 1,65 (m2) . K= 1,05 – Máy biến áp đ n chiếc. ⎡ 1,05.(495 + 126) ⎤ θ tk = ⎢ ⎥ ⎣ 2,8.1,65 + 2,5.1,65 ⎦ 0,8 = 31, 5 (0C) 5. Nhi t đ chênh c a d u sát vách thùng so v i thùng : Theo công thức (6-48)- Tài li u 1 : ⎡ k.(p 0 +p n ) ⎤ θ dt = K 1 .0,165 ⎢ ⎥ ⎣ M dl ⎦ 0,6 Trong đó: K1 =1. K =1,05. P0 =126 (W) - T n hao không t i. 80 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm Pn = 495 (W ) - T n hao ngắn m ch. Mdl =1,65 (m2) - Bề mặt đ i l u. ⎡1,05 (126 + 495 ) ⎤ θ dt = 1.0,165 ⎢ ⎥ 1,65 ⎣ ⎦ 0,6 = 6 (0C) 6. Nhi t đ chênh c a l p d u so v i không khí: θ01dk’ = θdt + θtk = 6+31,5 = 37,5(0C) 7.Nhi t đ chênh c a l p d u trên so v i không khí: Theo công thức (6-50)- tài li u 1 : θdt = θdk’. б = 1,2.37,5 = 45 (0C) ≤ 50 (0C) Tho theo tiêu chuẩn. 8. Nhi t đ chênh nhi t đ c a dây qu n đ i v i không khí: θ0k = θ0dtb + θdk’ ≤ 60 (0C) Với: θ0dtb =11,1(0C) θdk’ = 37,5 (0C) θ0k = 11,1 + 37,5 = 48,6 (0C) ≤ 60 (0C) 9. Th tính thùng d u: Vt = Mn . H (m3) ⎡ B2 ⎤ Π. B A-B = M + ( ) Với : n ⎢ ⎥ - Bề mặt hình học của đáy thùng ⎣ 4 ⎦ ⎡ 362 −4 ⎤ Mn = ⎢Π. .10 + 36 ( 69,2-36 ) .10−4 ⎥ .0,92 = 0, 2 m3 4 ⎣ ⎦ ( ) Thể tích dầu: Vd = VT - Vruột máy V rm = G r r Gr = 1,2 (Gdq + Gsắt) = 1,2 (36,05 + 202,1)= 285,78 (kg) r = 6 (kG/dm3) 81 Đồ án tốt nghiệp Vrm = ( Thiết kế máy biến áp thử nghiệm ) ( ) 285,78 = 47, 63 dm 3 = 0, 047 m 3 6 Vd = 0,2 – 0,047 = 0,153 (m3) = 153(lít) Kh i l ợng dầu: Gdầu = Vd .0,9 =153.0,9 = 137,7 (kg) 10. Tr ng l ng thùng: V thùng làm bằng lo i thép cacbon CT2 dày 2(mm), đáy thùng và nắp thùng làm bằng thép cacbon dày 3 (mm). a) Tr ng l ng v thùng: G1 = Mtn. Δ1. Trong đó: Mtn = Môvan = 1,65 (m2) - Bề mặt t n nhi t thân thùng dầu. Δ1 = 2(mm) - Bề dày vách thùng. γ = 7850 (kg/m3) - Tỷ trọng thép. G1 = Mtn. Δ1. γ = 1,65.2.7850.10-3 = 26 (kg) b) Tr ng l ng nắp thùng: G2 = Mn. Δ2. γ Trong đó: Δ2 = 3 (mm)- bề dày nắp thùng. γ = 7850 (kg/m3) - Tỷ trọng thép. Mn : bề mặt hình học nắp thùng. Theo công thức (6-28) - Tài li u 1 ( ) ⎡ b2n ⎤ Mn = ⎢Π. + bn ( Ln -bn )⎥ m2 ⎣ 4 ⎦ Với: bn = B + 2. bv là chiều rộng nắp thùng Ln = A + 2.bv là chiều dài nắp thùng. bv là chiều rộng vành nắp thùng th ng là 0,04 đến 0,1 (m) Chọn bv = 5 (cm) bn = B + 2. bv = 36 + 2.5 = 46 (cm) Ln = A + 2.bv = 69,2 + 2.5= 79,2 (cm) ⎡ 462 −4 ⎤ Mn = ⎢Π. 10 + 46.( 79,2-46) .10−4 ⎥ = 0,32( m2 ) ⎣ 4 ⎦ Vậy trọng l ợng nắp thùng là: G2 = Mn. Δ2. γ = 0,32.3.7850.10-3 = 7,536(kg) 82 Đồ án tốt nghiệp c) Tr ng l Thiết kế máy biến áp thử nghiệm ng đáy thùng: G3 = Mđ. Δ3. γ Với Mđ (m2) - Bề mặt hình học đáy thùng: Mđ = Mn ⎡ B2 ⎤ Mn = ⎢Π. + B( A-B)⎥ ⎣ 4 ⎦ ⎡ 362 −4 ⎤ = ⎢Π. .10 + 36 ( 69,2-36) .10−4 ⎥ = 0,22 m2 ⎣ 4 ⎦ Δ3 = 3(mm) - Bề dày đáy thùng. G3 = Mđ. Δ3. γ = 0,22.3.10-3.8750 = 5,2 (kg) ( ) d) Tr ng l ng sắt c a v thùng: Gv = G1 + G2 + G3 = 26+ 5,2 + 7,536 = 39 (kg) VII. Tr ng l ng máy bi n áp: Gmáy = Gdq + Gsắt từ + G dầu + Gv Trong đó: Gdq = 36,05 (kg)- Trọng l ợng dây quấn cao áp và h áp Gsắt từ = 202,1 (kg) G dầu = 137,7 (kg) Gv = 39 (kg) Gmáy = Gdq + Gsắt từ + G dầu + Gv Gmáy= 36,05+137,7+ 39 +202,1 = 414,85 (kg) VIII. Ch n sứ đ u ra: 1. Sứ h áp: Với đi n áp U1 = 0 ÷ 220 (V). Theo tài li u s 2 trang 133. Chọn kiểu sứ TPV 1/400 có các thông s nh sau: a = 14 (cm), b = 8,5 (cm), d =φ16 , d1 = 4 (cm), d2 =7(cm), d3 = 4,5 (cm), d4 = 8,5 (cm), h = 22,5 (cm), kh i l ợng: 2 (kg) d1 a 83 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm 2. Sứ cao áp: Với đi n áp U2 = 0 ÷ 120 (kV). Ta chọn sứ đầu ra g m 8 bát sứ có hình d ng nh sau, do công ty g m sứ H i D ng chế t o. 84 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm Chương 6 M CH ĐI U KHI N, B O V , ĐO L NG. I. Gi i thi u v bàn đi u khi n: 1. Chức năng c a bàn đi u khi n: Bàn điều khiển (hay tủ điều khiển) dùng để điều khiển, đo l ng, b o v t n bợ h th ng thử nghi m. Trong bàn có b trí các khe h phóng đi n và các tụ đi n tiêu thụ năng l ợng đề phòng phía cao áp phóng sang phía h áp đe dọa đến sự an t n của ng i điều khiển, tất c các thiết bị đều ph i đ ợc n i đất. Ng i ra trên bàn điều khiển còn b trí các đ ng h , Ampemetre và Vonmetre để đo l ng của máy biến áp thử nghi m. Trong mỗi lần thử nghi m nếu có phóng đi n giữa các đi n cực thử nghi m hoặc khi động c điều khiển của máy biến áp điều chỉnh mềm bị kẹt bàn điều khiển sẽ tự động ngắt đi n cung cấp cho máy biến áp cao áp đ m b o an t n cho thiết bị . 2. Các thi t b đi u ch nh: Thiết bị điều chỉnh dùng để thay đ i đi n áp đ a vào cuộn dây h áp của máy biến áp thử nghi m. Thiết bị điều chỉnh có nhi m vụ đ a đi n áp ra cao áp từ 0 tới giá trị định mức và không đ ợclàm méo đ ng cong đi n áp. Nếu điều chỉnh 85 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm theo kiểu phân cấp thì mỗi cấp không v ợt quá 1 ÷ 1,5% giá trị đi n áp thử nghi m. Vi c gián đo n trong m ch điều chỉnh là không cho phép vì nó làm tăng sự quá đi n áp trong s đ thử nghi m. Trong thực tế máy biến áp thử nghi m th ng dùng các thiết bị điều chỉnh sau: bộ điều chỉnh đi n áp tự ngẫu (máy biến áp tự ngẫu dùng chỗi đi n),bộ điều chỉnh tự ngẫu nh di chuyển cuộn dây ngắn m ch, bộ điều chỉnh kiểu c m ứng, kiển hữu tuyến, bộ điều chỉnh bằng biến tr l ng, điều chỉnh kiểu chiết áp… Các thiết bị điều chỉnh đ n gi n nhất là kiểu hữu tuyến, biến tr l ng và chiết áp. Nh ợc điểm của các ph ng pháp này là t n hao năng l ợng lớn nh h ng đến đ ng cong đi n áp. Vì vậy khi thử nghi m cách đi n cuộn dây máy biến áp và máy đi n quay phần lớn ng i ta sử dụng điều chỉnh tự ngẫu (máy biến áp tự ngẫu). II. Ch n m ch đi u khi n: 1. Đi u ch nh đi n áp ki u c m ứng: Vi c điều chỉnh đi n áp có thể dùng tay hoặc tự động. 220 V CC C CC TĐ ĐX1 ATM Đ C C Đ TI ĐX2 RI BT 25 100/ 5 A 0 ÷150 V R C ĐCĐA R P mA 86 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm Hình 6.1. M ch đi n của máy IDS – 150 – 25 TH ĐCĐA – Máy điều chỉnh đi n áp kiểu c m ứng (Trung Qu c) Kiểu GY – 1 – 25 TH; 25 kVA; 220/ 0 ÷ 400V. BT – Máy biến áp thử nghi m kiểu IDJ – 150 – 25 TH; 25kVA; 400/150 kV. P – Qu cầu phóng đi n ↵ = 150 (mm). ATM – Aùp tô mát có cuộn điều khiển đóng 220(V) – 200 (A). TI – Biến dòng đi n 100/ 5 (A)và r le dòng đi n PT – 40. Khi vận hành đóng cửa phòng thử nghi m. Kh TĐ cửa đóng l i, đóng cầu dao, nhấn nút đóng m ch Đ. Cuộn hút sẽ các tiếp điểm, đèn xanh Đ1 sáng, ATM tự động đóng l i, đèn đ Đ2 sáng. Bắt đầu tiến hành thử nghi m, khi thử nghi m xong, nhấn nút cắt C, cuộn hút mất đi n, AMT ngắt ra đèn Đ1 thử nghi m sáng. M ch điều khiển có bộ điều chỉnh đi n áp bằng biến áp điều chỉnh mềm với nguyên lý cuộn dây ngắn m ch di động. Ph ng pháp này đ ợc dùng trong máy thử cao áp TUR (Đức). M ch điều khiển h n t n tự động. Ng i vận hành chỉ vi c bấm các nút: tăng gi m áp, dừng l i ( t ng ứng với quá trình điều chỉnh dộng c ). T c độ tăng áp theo yêu cầu 2 (kV/s). ĐC – động c ba pha 9 (kV), 380 (V) lên xu ng: kh i động từ quay ph i của động c . CC – cầu chì 10 (A). Cửa – đèn báo giữa phòng thửû nghi m. mA – đ ng h miliampe. R- phụ t i thử nghi m. CP – cầu phóng đi n ↵ 250. 87 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm A C1 ATM CP ’ K CC R V1 V2 V3 C2 K” CC mA CD CC L X Hình 6.2. Mô tĐCm ch điều chỉnh đi n áp của máy TUR. Ng i ra còn một s máy có m ch điềøu khiển bằng các thiết bị đi n tử nh : máy Brem- und stosgerat 82012, máy điều khiển từ xa bằng h th ng máy tính. 88 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm Các lo i máy trên có m ch điều khiển rất phức t p,giá thành cao không thực sự cần thiết cho máy đi n đ ợc thiết kế cho bài này. Vì vậy ta sẽ chọn m ch điều khiển có đi n áp bằng biến áp tự ngẫu. S đ m ch nêu hình 6.3. 3. M ch đi u khi n dùng cho máy bi n áp th nghi m thi t k : KV ATM KH 1 K 2 3 RI MBACA 220 V 0 ÷120 KV K R Đ4 Đ N R K RI R K Đ1 K Đ2 Đ3 Hình 6.3 K 4. Nguyên lý ho t đ ng: a. Thi t b dùng trong m ch đi u khi n: - ATM – ngu n 220 (V) - Đ1 : đèn màu đ . Khi ATM đóng Đ1 sẽ sáng báo hi u đi n l ới vào đến bàn điều khiển. - Đ2 : đèn màu đ . Khi đèn sáng. 89 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm + Báo hi u MBA cao áp tr ng thái ngắt đi n đầu vào (tr ớc khi thử nghi m). + Báo hi u đã có sự c trong thí nghi m. - Đ3 : đèn màu xanh. Khi đèn sáng báo hi u có đi n áp ngu n đặt trên đầu vào máy biến áp tự ngẫu và máy biến áp cao áp. - Đ4 : đèn màu vàng. Khi đèn sáng báo hi u tay quay điều chỉnh đi n áp về vị trí 0, thì mới cho phép đóng Đ vào máy biến áp tự ngẫu. - MBA TN: Đầu vào 220 (V); đầu ra 0 ÷ 220 (V). Công suất 20 (kVA) dùng điều chỉnh đi n áp vào U1 của máy biến áp cao áp. Từ 0 ÷ 220 (V) t ng ứng với đi n áp ra từ 0 ÷ 120 (kV). - KH: kh đ i n i dùng để thay đ i dòng đi n tác động của r le dòng đi n ứng với đi n áp sau: + Vị trí 1: Uthử = Uđm = 120 (kV). + Vị trí 2: Uthử = 0,916 Uđm = 110 (kV). + Vị trí 3: Uthử = 0,83Uđm = 100 (kV). - RI: R le dòng đi n tác động khi có sự c ngắn m ch, phóng đi n, ch m đất…ngắt đi n ngu n ra kh i máy nh tiếp điểm RI trong m ch điều khiển. - N: Nút ngắt m ch điều khiển (th ng kín). - Đ: Nút đóng m ch điều khiển (th ng h ). - kV: Đ ng h kilôvônmetre: chỉ thị s đi n áp cao trên đầu ra máy biến áp cao áp. b. Nguyên lý: - Đóng ATM: đèn đ Đ1 sáng, đèn đ Đ2 sáng, tay quay điều chỉnh đi n áp về 0. đèn vàng Đ4 sáng. - Chuyển kh KH về vị trí 1, 2, 3 tuỳ theo cấp đi n áp thử nghi m. M ch điều khiển sẵn sàng thí nghi m: - Aán nút Đ, đèn xanh Đ3 sáng, đèn đ Đ2 tắt. - Quay tay quay tăng đi n áp theo chiều kim đ ng h đến vị trí cần thiết. - Thử nghi m xong quay tay quay ng ợc l i để gi m đi n áp về 0. - Aán nút ngắt N, đèn đ Đ2 sáng, đèn xanh Đ3 tắt báo hi u đã ngắt đi n đầu vào máy biến áp cao áp. æ Tr ng hợp có sự c : bàn điều khiển sẽ tự động ngắt đi n ra kh i máy biến áp cao áp. Nh tiếp điểm RI trong m ch điều khiển, đèn xanh Đ3 tắt, đèn đ Đ2 sáng. 5. S đồ b trí bàn đi u khi n: Đ1 Đ2 Đ3 Đ4 ATM N Đ 90 Đồ án tốt nghiệp III. Đo l Thiết kế máy biến áp thử nghiệm ng đi n áp th nghi m: - Đo l ng đi n áp xoay chiều đ ợc tiến hành bằng vôn kế. Tuy nhiên những vôn kế thông th ng chỉ đo đ ợc đi n áp thấp, cao nhất chỉ đến vài trăm vôn. Khi đo đi n áp cao h n ph i dùng ph ng pháp gián tiếp. Với máy biến áp thử nghi m. Đi n áp ra th ng rất lớn từ vài chục đến vài trăm kV, hoặc có thể lớn đến hàng nghìn kV. Nếu ta dùng đ ng h đo trực tiếp có đi n tr phụ thì công suất t n hao trong đ ng h sẽ lớn. P = U.I và cũng không có thiết bị nào để đo đ ợc đi n áp cao nh vậy. - Vì vậy đi n áp cao ng i ta dùng máy biến đi n áp. Thực chất của máy biến đi n áp là một máy biến áp thông th ng mà cuộn dây s cấp n i với đi n áp cần đo, cuộn thứ cấp n i với vônmét, vônmét có đi n tr lớn nên có thể xem máy biến đi n áp nh là h m ch. - Để đ n gi n cho vi c chế t o và sử dụng ng i ta th ng quy ớc đi n áp định mức phía thứ cấp từ 100 ÷ 200 (V). Đi n áp s cấp đ ợc thiết kế theo đi n áp cần đo và mặt của vônmét đ ợc khắc độ theo cấp đi n áp đó và có ghi tỷ l biến áp trên mặt của vônmét. - những đi n áp rất cao đi n tr cách đi n của biến áp hoặc biến dòng ph i rất lớn và tr thành rất đắt tiền. Do đó, ng i ta sử dụng bi n pháp đo không tiếp cận. Trong đó thiết bị đo g m các thiết bị thụ c m đ ợc đặt trên dây dẫn cao áp, r i ng i ta dùng nhiều ph ng pháp khác nhau nh : hi u ứng có đ ợc về h áp bằng từ tr ng hay sóng đi n từ… Tuy nhiên những bi n pháp này cho đến nay vẫn còn là những bi n pháp thử nghi m, ch a đ a vào sử dụng rộng rãi. - Đ i với máy biến áp thử nghi m đ ợc thiết kế nh trên ta có thể sử dụng các bi n pháp đo sau: 91 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm 1. Đặt đồng hồ đo phía h áp c a máy bi n áp: Uvào Ura V Đây là ph ng pháp đo đ n gi n nên cũng đ ợc áp dụng. Nh ng thực tế ph ng pháp đo này gây sai s lớn. Để làm gi m sai s của phép đo này ta dùng ph ng pháp bù đi n áp bằng cách quấn thêm s vòng dây vào dây quấn h áp. Tuy nhiên, ph ng pháp làm này ng i ta ít sử dụng. Đo đi n áp cao áp ta chỉ cần đặt một vônmét có khắc độ kV qua tỷ s máy biến áp phía h áp máy biến áp thử nghi m. 2. Đặt đồng hồ đo phía cao áp c a máy bi n áp th nghi m: kV Uvào Ura Uvào V Ura Hình a Hình b S đ (a): Lấy đi n áp ra đo từ hai đầu m i hàn trích trong cuộn cao áp. Ta ph i tính sao cho khi đi n áp ra bằng đi n áp định mức (nh U2đm = 120 kV) thì đ ng h vôn có giá trị đi n áp bằng Udm = 120000 = 120(V) . Đ ng h 1000 vôn đ ợc khắc độ kV. Khi đó sẽ chỉ 120 (kV). Để đo đ ợc chính xác thì dòng đi n tiêu thụ trong vônmét không v ợt quá 5% dòng định mức cuộn cao áp . S đ (b): T o một cuộn dây đo l ng đặt bên thứ cấp máy biến áp để đặt đ ng h vônmét (đ ợc khắc giá trị kV). Ph ng pháp này cũng gi ng nh dùng máy biến đi n áp. Đ t đ ợc độ chính xác cao. 3. Đo l ng cao áp qua b phân áp dùng t đi n: 92 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm Uvào C1 C2 Ura V Ph ng pháp này dùng cho máy biến áp thử nghi m cao áp có đi n áp ra lớn. Ng i ta dùng ph ng pháp đo l ng cao áp thực hi n qua bộ phân áp tụ đi n. C1 – Bộ tụ cao thế. C2 – Bộ tụ h thế. - Đi n áp r i trên bộ tụ C1 là U 1 = - Đi n áp r i trên bộ tụ C2 là U 2 q1 C1 q = 2 C2 U1 + U2 = Uđm = Ura - Bộ tụ C1 có nhi m vụ chịu đi n áp ra lớn r i trên nó. Đi n áp trên bộ tụ C2 sẽ chính bằng đi n áp cần đo. Ta mắc đ ng h vônmét khắc chia độ kV song song với bộ tụ C2. - Để lo i trừ sai s lớn khi đo đi n cao áp ph i so sánh đi n áp ra với trị s xác định từ trị s đi n áp s cấp và h s biến áp. IV. Ch n ph ng án đo: Nh phần trên đã phân tích, cách đặt đ ng h h áp kết qu đo không chính xác. Trong diều ki n không có sẵn đ ng h kV cũng nh các thiết bị đo phía cao áp khác, ta có thể chọn ph ng án đo hình a hoặc b. cách này t ng đ i đ n gi n, đ m b o độ chính xác cao. Ph ng án hình a do ph i đặt đầu đo phía cao áp nên cần ph i chú ý yêu cầu cách đi n cao. Ta sẽ chọn ph ng án hình b. ta sẽ mắc thêm vào trụ thép một cuộn dây dùng để đo l ng có đi n áp định mức 120 (V), khi U1 = 220 (V) t ng ứng với U2 = 120 (kV). Đ ng h sẽ đ ợc khắc độ kV theo tỷ l 1/1000. Thực tế, nhiều máy biến áp thử nghi m khi chế t o đều có thên cuộn đo. Hai đầu cuộn dây này đ ợc đấu trên nắp thùng, khi đó cuộn h áp đ ợc xem nh cuộn s cấp của máy biến đi n áp có U1 = 220 (V). W1 = 68 (vòng). S vòng dây cuộn đo thứ cấp sẽ đ ợc tính: w ' 2 u '2 120 = w . ' = 68. = 3 7 (vòng) u1 220 93 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm TÀI LI U THAM KH O 1 – Thiết kế máy biến áp đi n lực. Phan Tử Thụ 2 – Thiết kế máy biến áp. Ph m Văn Bình Lê Văn Doanh 3 – Giáo trình kỹ thuật đi n cao áp. Võ Viết D n 4 – S tay vật li u kỹ thuật đi n. Bộ Đi n Và Than 5 – Kh i l ợng và tiêu chuẩn thử nghi m. Bộ năng l ợng 6 – Công ngh chế t o máy đi n và máy biến áp. Nguy n Đức Sỹ 7 – B o d ng và thử nghi m thiết bị trong h th ng đi n. Lê Văn Doanh Ph m Văn Chới Nguy n Thế Công Nguy n Đình Thiên 8 – Vật li u kỹ thuật đi n. Nguy n Xuân Phú H Xuân Thanh 9 – Thiết kế máy đi n. Nguy n H ng Thanh Trần Khánh Hà 94 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm M CL C L i nói đ u ................................................................................................. 1 Ch ng I. Tìm hiểu về máy biến áp cao áp ............................................... 3 I. Nguyên lý cấu t o của bộ thử nghi m cao áp ..................................... 3 II. Các lo i máy t o đi n áp cao dùng trong thử nghi m ........................... hi n nay ............................................................................................. 13 III. Ý nghĩa của máy biến áp cao áp một pha.......................................... 27 IV. Thử nghi m cao áp ........................................................................... 28 V. Những thử nghi m thiết bị dùng máy t o đi n áp cao ..................... 35 Ch ng II. Tìm hiểu công ngh chế t o máy biến áp cao áp .................. 44 Ch ng III. Chọn ph A. Ph B. Ph C. Ph D. Ph E. Ph F. Ph Ch ng án dây quấn ................................................... 46 ng án 1 ....................................................................................... 46 ng án 2 ....................................................................................... 47 ng án 3 ....................................................................................... 48 ng án 4 ....................................................................................... 49 ng án 5 ....................................................................................... 51 ng án 6 ....................................................................................... 52 ng IV. Tính t n lõi thép và dây quấn máy biến áp .......................... 55 § 4.1. Tính t n các kích th ớc chủ yếu ................................................... 56 I. Tính các đ i l ợng c b n ............................................................... 56 II. Chọn s li u xuất phát và tính t n các kích th ớc chủ yếu ............. 56 § 4.2. Tính t n dây quấn ......................................................................... 64 I. Dây quấn h áp ................................................................................ 64 II. Dây quấn cao áp............................................................................... 68 § 4.3. Xác định các kích th ớc cụ thể của lõi sắt.................................... 76 95 Đồ án tốt nghiệp Ch Thiết kế máy biến áp thử nghiệm ng V. Xác định các tham s của máy .............................................. 81 I. Xác định t n hao ngắn m ch ............................................................ 82 II. Xác định đi n áp ngắn m ch ............................................................ 83 III. Tính t n hao không t i ..................................................................... 85 IV. Tính dòng đi n không t i ................................................................. 87 V. Tính t n nhi t của dây quấn ............................................................. 90 VI. Thiết kế thùng dầu và tính t n nhi t của thùng dầu ......................... 90 VII. Trọng l ợng máy biến áp................................................................. 94 VIII. Chọn sứ ........................................................................................... 94 Ch ng VI. Tính m ch b o v đo l ng và điều khiển ........................... 97 I. Giới thi u về bàn điều khiển .............................................................. 97 II. Chọn m ch điều khiển ....................................................................... 98 III. Đo l ng đi n áp thử nghi m.......................................................... 103 IV. Chọn ph ng án đo ......................................................................... 106 Tài li u tham kh o ................................................................................. 107 96