Đồ án Thiết kế máy biến áp cao áp dùng để thử nghiệm các thiết bị điện

4. Thử nghiệm cách điện của khí cụ điện: Thử nghiệm các máy cắt được tiến hành theo các hạng mục sau: - Đo điện trở cách điện của phần động của mạch nhị thứ, của nam châm điện đóng và cắt. - Đo điện trở cách điện của vật cách điện đỡ,vật cách điện của buồng dập hồ quang, buồng cách ly các thanh kéo cách điện, ống dẫn khí bằng vật liệu cách điện. - Đánh giá tình trạng cách điện bên trong thùng và cách điện buồng dập hồ quang. Do tổn thất điện môi tgδ của các đầu ra có thêm số liệu đánh giá, độ ẩm cách điện bên trong thùng các máy cắt máy điện áp 35 (kV) trở lên. Nếu tổn thất điện môi tgδ của cách điện bên trong vượt gấp hai lần tổn thất điện môi của đầu vào trước khi lắp máy cắt thì phải sấy cách điện bên trong thùng. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm 35 - Đo điện trở bằng dòng một chiều: đo điện trở của hệ thống thanh dẩn điện trong một pha và đo riêng từng phần của nó. Đo điện trở suất của buồng dập hồ quang điện trở đo được sai quá 3% so với số liệu nhà chế tạo. Đo điện trở cuộn dây của các cuộn điện từ điều khiển đóng ngắt. Đo điện trở cách điện các dao cách ly, dao tự cách ly và dao tao ngắn mạch, của ống dẫn và thanh kéo bằng vật liệu hữa cơ, của các vật liệu cách điện nhiều phần tải, mạch thứ cấp của cuộn điện từ điều khiển. Bảng 1.5- điện áp thử nghiệm tần số công nghiệp đối với cách điện ngồi của khí cụ. Cấp điện áp (kV) Trị số điện áp thử nghiệm (kV) với khí cụ 3 6 10 15 20 35 Thông thường bằng gốm sứ Thờng thường bằng vật liệu hữu cơ Giảm nhẹ bằng gốm sứ Giảm nhẹ bằng vật liệu hữu cơ 24 32 42 55 65 95 22 29 38 41 56 85 13 21 32 48 12 19 29 43 5. Thử nghiệm chống sét van: - Thường đưa điện áp 2500 (V) vào đầu cực L. Sơ đồ thử nghiệm như hình vẽ, sau đó tiến hành đọc điện trở cách điện của cái chống sét van. Một số có giá trị cao 10000 (MΩ). Một số loại thấp hơn, việc đánh giá dựa trên cơ sở so sánh giá trị kết quả thử nghiệm trước của thiết bị tương tự. - Cái chống sét có thể thử nghiệm bằng điện áp cao một chiều. Điện áp một chiều phải bằng 1,7 lần điện áp định mức của cái chống sét. - Thử nghiệm tại chổ chống sét ở trạm có thể thực hiện trong khi vận hành bình thường bằng cách đo dòng rò qua cái chống sét vì cái chống sét có tổng trở đối với đất lớn nên nếu dòng điện rò lớn hơn giá trị bình thường chứng tỏ chống sét van bị hỏng. Việc đánh giá dữ liệu thử nghiệm dựa trên việc so sánh các giá trị đo thu được trên các bộ chống sét tương tự với các giá trị của ba cực của chống sét một cực. 6. Thử nghiệm dòng điện rò theo điện áp: Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm 36 - Thử nghiệm quá điện áp một chiều có điều chỉnh. Thử nghiệm này được tiến hành bằng cách thay đổi điện áp, xác định dòng điện rò để phát hiện hư hỏng cách điện và dừng thử nghiệm trước khi cách điện bị đánh thủng. - Bước điện áp đầu tiên thường lấy bằng 1/3 điện áp thử nghiệm tính tốn đặt vào máy điện.đọc các giá trị dòng điện rò từng phút tối đa đến mười phút. - Bước tiếp theo tăng điện áp từng nấc 1000 (V) và ghi dòng điện rò ở mỗi nấc. Thời gian giữa từng nấc đủ để dòng điện rò ổn định. - Ở từng nấc điện áp vẽ các giá trị dòng rò trên trục tung và điện áp thử nghiệm trên trục hồnh. Đối với hệ thống cách điện tốt đường biểu diễn sẽ trơn. Mọi sự thay đổi đột ngột đường biểu diễn chứng tỏ sự hư hỏng dây quấn sắp xảy ra. - Tăng điện áp từng nấc để loại trừ khả năng dòng rò quá lớn gây ion hố. Nhằm đo dòng điện rò được chính xác. 7. Thử nghiệm cách điện của tụ điện: - Có thể tiến hành một số thử nghiệm nhằm xác định khả năng sẵn sàng hoạt động của tụ điện để nâng cao hệ số công suất. Người ta tiến hành thử nghiệm sau đối với tụ. Trước khi đưa vào sử dụng cần thực hiện các thử nghiệm sau đây: - Thử nghiệm giữa các cực hoặc thử nghiệm cao áp ở 75% điện áp thử nghiệm xuất xưởng. - Thử nghiệm xung ngắn mạch đầu cực với vỏ. Khả năng sử dụng của bộ tụ điện có thể được xác định bằng một trong các thử nghiệm sau đây khi phát hiện có khả năng bị hư hỏng: + Thử cao áp cường độ cách điện giữa các pha và giữa các pha với vỏ. + Đo điện dung bằng cách đo dòng điện khi biến điện áp và tần số. + Đo điện trở cách điện giữa các pha. + Đo điện trở các điện giữa các pha và vỏ. + Độ kín của chất lỏng ở 750C. + Hệ số công suất cách điện pha - vỏ, giữa các pha. + Giữa các pha: điện áp thử nghiệm xoay chiều và một chiều bằng 75% điện áp thử nghiệm xuất xưởng: + Xoay chiều 0,75. 2E = 1,5E. Trong đó E là điện áp dịnh mức trên vỏ máy. Tần số từ 20 ÷ 70 (Hz). Thời gian mười giây tụ nạp và phóng điện với điện áp không vượt quá E. + Một chiều: 0,75. 4,3E = 3,2 E thời gian thử nghiệm nạp tụ điện không quá mười năm giây để tránh điện trở phóng điện bị chọc thủng. Giữa điện áp pha và vỏ. Bảng1.6. Thử nghiệm cách điện của tụ điện. Điện áp định mức của tụ (V) Điện áp thử nghiệm (kV) Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm 37 216 ÷ 1199 1200 ÷ 5000 5001 ÷ 15000 13200 ÷ 22000 15 28,5 39 45 8. Tiêu chuẩn điện trở cách điện cho phép: - Giá trị điện trở cho phép tối thiểu để đóng điện an tồn các thiết bị công suất ở mỗi cấp điện áp. Giá trị điện trở thấp chứng tỏ cách điện bị ẩm, bị xuống cấp do nhiệt hoặc do hố chất. Thiết bị có điện trở cách điện thấp hơn mức tối thiểu dễ bị hư hỏng và không được đóng điện vì lý do an tồn cho con người. - Điện trở cách điện tối thiểu ở 20oC cho phép đóng điện an tồn. Bảng1.7 Điện áp định mức (kV) Điện áp hệ thống (kV) Điện trở tối thiểu cho phép (MΩ) 0,6 2,4 5 7,2 15 36 72 145 242 550 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. Thử nghiệm cách điện của sứ: Sứ cách điện là bộ phận để cách điện và giữ chặt các chi tiết cách điện thế khác nhau. Yêu cầu chung đối với sứ là phải đủ độ bền điện cách điện. Không chỉ ở điện áp bình thường mà còn cả khi quá điện áp. Sứ cách điện được dùng rất rộng rãi trong hệ thống điện: làm sứ xuyên cách điện đầu ra máy biến áp, sứ treo, sứ đỡ. Tuỳ theo yêu cầu làm việc mà sứ được thử nghiệm cách điện bằng một chiều, xoay chiều, hay xung. Ngồi ra với sứ làm việc ngồi trời còn phải thêm thử nghiệm cách điện ướt, tương ứng với điều kiện hki có mưa nhân tạo. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm 38 10. Các thử nghiệm khác: Ngồi ra, trong phòng thử nghiệm điện cao áp người ta còn thử như: dầu cách diện, chất lỏng, khí cách điện, sứ đỡ của kháng điện, cách điện của các chi tiết và mạch của bộ biến đổi điện, máy biến áp của bộ biến đổi điện, dầu thông tin liên lạc, cách điện đỡ của cầu chảy điện áp trên 1000 (V) trước khi đưa vào sử dụng. Chương2 TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY BIẾN ÁP THỬ NGHIỆM CAO ÁP MỘT PHA So sánh máy biến áp thử nghiệm cao áp một pha và máy biến áp điện lực thông thường. Về nguyên lý cả hai máy làm việc điều giống nhau. Tức là làm việc dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ, biến đổi một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp khác, với tần số không thay đổi. Nhưng máy biến áp điện lực thông thường mục đích dùng để tăng áp hoặc giảm áp tuỳ theo yêu nhu cầu sử dụng. Nó làm việc ở chế độ dài hạng còn đối với máy biến áp thử nghiệm cao áp môt pha một đích tạo điện áp cao bên thứ cấp, dùng để thử nghiệp các thiết bị điện, do đó thời gian làm việc của máy ngắn hạn lặp lại. Do đó công nghệ chế tạo máy biến áp cao áp thử nghiệp cao áp một pha cũng giống như máy biến áp thông thường nhưng có một vài đặc điểm cần lưu ý sau: Do đặc điểm làm việc nên máy biến áp thử nghiệp cần chú ý một số điểm sau so với máy biến áp thông thường ơ ûchỗ: 1. Máy biến áp cao áp thử nghiệp làm việc ngắn hạn lặp lại: Trong quá trình làm việc chịu ảnh hưởng ngắn mạch, phóng diện. Thời gian cho phép mang tải của máy biến áp thử nghiệp phụ thuộc rất lớn vào dòng tải. Thời gian mang tải càng lâu nhiệt độ của máy tăng lên rất nhanh. Để giảm bớt sự phát nóng cho máy trong quá trình chế tạo máy biến áp thử nghiệp cao áp. Người ta chọn những loại thép cán nguội để đảm bảo dòng từ hố nhỏ. Điều này làm giảm tổn hao trong lõi thép. Sự toả nhiệt của máy sẽ giảm. 2. Trong lúc thí nghiệm thiết bị điện: Ta cần phải đo và xác định giá trị điện áp cần thử nghiệm. Do đó trong quá trình thử nghiệp ta cần phải xác định chính xác giá trị. Trong lúc đo sai số khi đo là không thể tránh khỏi, nguyên nhân gây sai số trong thí nghiệm chủ yếu nhất là do máy biến áp gây nên. Để giảm sai số tối thiểu trong quá trình tính tốn và chọn lõi thép. Ta cần phải chọn mật độ từ cảm trong lõi khoảng từ 1 đến 1,2. Mục đích để lõi thép trong máy biến áp không bị bão hồ. Điện áp không bị biến dạng nhiều trong lúc đo. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm 39 3. Dây quấn bên cao áp không xảy ra hiện tượng cộng hưởng khi thí nghiệp. Bố trí sao cho phân bố điện áp đều đặn trên các vòng dây khi có điện áp xung. 4. Chọn hệ số hình dáng cho máy biến áp thử nghiệm: Thường chọn hệ số β nhỏ hơn so với máy biến áp điện lực thông thường. Mục đích chọn β nhỏ để cách điện cho máy dể dàng dây quấn rải điều trên trụ và tạo khoảng cách an tồn so với gông. 5. Dầu trong máy biến áp điện lực thông thường ngồi mục đích cách điện trong máy, thì nó còn dùng với mục đích tản nhiệt cho máy. Nhưng trong máy biến áp thử nghiệm cao áp một pha dầu trong máy mục đích dùng để cách điện cho máy là chính. 6. Trong máy biến áp thí nghiệm cao áp môt pha, do thời gian làm việc ngắn nên trong quá trình tính tốn, người thiết người ta ít quan tâm đến sự tản nhiệt của máy. Do đó trong máy biến áp thử nghiệm người ta không tính đến cánh tản nhiệt của máy. Máy biến áp thử nghiệm hình dáng bên ngồi gọn nhẹ hơn so với máy biến áp thông thường. 7. Dây quấn cao áp được chia thành nhiều galét nhỏ, mỗi galetù có điện áp khác nhau. Đường kính trong của dây quấn cao áp không bằng nhau. Do đó cách điện trong cuộn cao áp với cuộn hạ áp theo từng bậc thang. 8. Tiết diện dây quấn bên cao áp rất be ù(vì điện áp lớn công suất bé) do đó trong quá trình tính tốn và chọn dây quấn. Người ta chỉ quan tâm dến độ bền về cơ khí (không quan tâm dến độ bền về điện). Nhận xét: tóm lại trong máy biến áp cao áp thử nghiệm một pha công nghệ chế tạo nó không có gì khác so với máy biến áp thông thường nhưng ta cần phải chú ý dây quấn bên cao áp của máy, cách điện trong máy phải tính đến hệ số dự trữ. Chương 3 CHỌN PHƯƠNG ÁN DÂY QUẤN Dây quấn máy biến áp thử nghiệm trước hết phải đáp ứng yêu cầu chung đối với dây quấn. Yêu cầu chế tạo và vận hành để đảm bảo kinh tế và giá thành hạ. 1. Yêu cầu về vận hành gồm các mặt điện , cơ, nhiệt. a. Vềø mặt điện: cách điện của máy biến áp phải tốt, phải chịu được điện áp làm việc và quá điện áp. Aûnh hưởng của quá điện áp do đóng ngắt mạch và điện áp làm việc thường chủ yếu là đối với cách điện chính của máy biến áp. Tức là cách điện giữa các dây quấn với nhau, giữa dây quấn với vỏ máy. Còn quá điện áp thường ảnh hưởng đến cách điện dọc của máy biến áp. Tức là giữa các vòng dây, lớp dây hay giứa các bánh dây của từng dây quấn. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm 40 b. Về mặt cơ học dây quấn không bị biến dạng hoặc hư hỏng của lực cơ học do dòng ngắn mạch gây nên. c. Về mặt nhiệt khi trong vận hành cũng như trong trường hợp ngắn mạch. Trong một thời gian nhất định dây quấn không được có nhiệt độ cao vì lúc đó cách điện sẽ bị quá nóng chóng hư hỏng hoặc bị già hóa mất tính cách điện. 2. Yêu cầu về chế tạo: Kết cấu đơn giản, ít tốn nguyên liệu, thời gian chế tạo ngắn, giá thành thấp nhưng đòi hỏi phải đảm bảo trong vận hành. Tuỳ theo cấp điện áp, điều kiện công nghệ mà ta có các kiểu dây quấn khác nhau. Dưới đây ta sẽ phân tích một vài phương án dây quấn và nhược điểm của một số phương án dây quấn để tạo ra phương án tối ưu áp dụng để chế tạo máy biến áp thử nghiệm. A. Phương án một: Hai cuộn cao áp và hạ áp được quấn theo kiểu trụ tròn. Được bố trí trên hai trụ. Kiểu quấn dây này giông như máy biến áp điện lực thông thường. Với máy cao áp ta cần chú ý nơi điện trường tập trung để đặt màn chắn hoặc tăng cường cách điện của chỗ đó (đặt biệt bên trong cuộn cao áp). Xét phương án quấn dây. Cần khảo sát phân bố từ trường ở mỗi loại cho thấy điện trường tập trung chủ yếu là ở đầu và giữa cuộn dây, do đó ta cần phải tăng cường cách điện tại nơi đó. Hình 3.1. Phân bố từ trường của phương án hai cuộn dây quấn trên hai trụ Nếu quấn theo phương pháp này. Việc cách điện giữa cuộn cao áp và hạ áp. Giữa cao áp với vỏ sẽ khó khăn. Do quấn dây đều do đó điện áp giữa các lớp sẽ lớn. Đòi hỏi phải có vật liệu cách điện tốt, đắt tiền, không kinh tế, độ tin cậy kém, kích thước cồng kền, làm mát kém. B HA CA Ura Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm 41 B. Phương án hai: Hình 3.2. Phân bố từ trường của hai dây quấn đồng tâm Cuộn cao áp quấn đồng tâm quấn quanh cuộn hạ áp, phương án này cách điện cách điện cao áp với trụ được cải thiện hơn. Nhưng việc tản nhiệt kém, phương án này do dây quấn bố trí một bên nên làm mất cân đối cho máy biến áp. C. Phương án ba: Hình 3.3. Phân bố từ trường của hai dây quấn đồng tâm Ta thường thấy máy biến áp một pha hai dây quấn đồng tâm người ta dùng kiểu bọc như hình 3.3õ, phương án này cân đối về trọng lượng giữa chiều cao trụ, giảm chiều dài dây dẫn từ dây quấn đến sứ ra. Nhận xét: Ura B CA HA B Ura B HACA Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm 42 - Cả ba phương án trên cho ta thấy cuộn cao áp được quấn thành bối lớn, cách điện khó, việc sửa chữa khi hỏng hóc dây quấn rất khó khăn. Sự tản nhiệt trong dây quấn đặt biệt bên cao áp sẽ rất khó. Nên trong thực tế cả ba phương án trên sẽ không dùng đến trong máy biến áp thử nghiệm cao áp một pha. - Chi tiết dễ hỏng nhất trong máy biến áp là dây quấn với một số nguyên nhân sau: + Ngắn mạch giữa các vòng dây, nguyên nhân cách điện bị già hố. Máy biến áp bị làm việc quá tải, đo đó xuất hiện lực cơ trên dây quấn khi ngắn mạch xảy ra. + Đứt macïh: các đầu dây ra bị cháy đứt, do chất lượng mối hàn hoặc lực cơ khí khi ngắn macïh. + Dây quấn thường bị hai kiểu hỏng: ngắn mạch giữa các vòng dây, bị hỏng dây quấn . - Như vậy dây quấn kiểu một khối trên người ta không áp dụng cho máy biến thế thí nghiệm một pha. D. Phương án thứ tư: Hình 3.4. Phân bố từ trường của dây quấn Cuộn dây cao áp được phân thành nhiều bánh dây (vành dây hay ga lét) có chiều cao và đường kính bằng nhau, sau đó nối các bánh lại với nhau. Đây là trường hợp hai cuộn dây cao áp và hạ áp có chiều cao không bằng nhau. Ta có thể xem như có nhiều cuộn dây thành phần mà tổng từ thông tản thực tế của cuộn dây thực. Như vậy có thể coi từ thông tản thự tế gồm hai từ thông tản thành phần: từ thông tản dọc có từ cảm B và từ thông tản ngang có từ cảm B’. Ở đây B coi như tồn bộ cuộn dây sinh ra, B’ do cuộn dây có chiều cao không bằng nhau sinh ra. Trong trường hợp đó Unx được đưa vào hệ số Kq như sau: B B UraHACA Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm 43 2 4Kq = 1 + . . .10 x r r l m a k Trong đó: x = xl l Với : l – Chiều cao cuộn hạ áp lx – Tổng các khoảng hở. lx xác định với điều kiện máy biến áp làm việc ở chế độ định mức ứng với số vòng dây W2đm Unx = ' 3 2 7 , 9 2 . . . . . . .1 0r r q v f S a k k U β − Từ trường phân bố như hình trên.ta nhận thấy cần phải tăng cường cách điện ở đầu các cuộn dây cũng như cách điện giưã hạ áp và trụ, giữa cao áp và gông. Tác dụng của việc phân đoạn nhiều bánh dây là giảm được điện áp giữa các lớp cạnh nhau trong mỗi bánh dây, nhờ đó có thể cải thiện cách điện giữa các lớp. Điện áp mỗi bánh dây bây giờ sẽ là: Ub = 2dmU n U2đm – Điện áp bên cao áp. n - Số bánh dây. Như vậy điện áp giữa 2 lớp cạnh nhau trong mỗi bánh cũng sẽ giảm n lần. Điện áp càng cao số bánh dây càng nhiều. Số lượng bánh dây còn tuỳ thuộc vào ý định phân bố của người thiết kế. Cách điện giữa các bánh dây: có thể phân ra bánh dây thường và bánh dây cách điện tăng cường (thường ở đầu và cuối cuộn dây). Tuỳ theo từng loại bánh dây mà kính thước và khoảng cách cách điện của chúng cũng khác nhau. Đối với bánh dây chính, cách điện giữa chúng thường là các rãnh dầu ngang hoặc những đệm cách điện tuỳ theo điện áp của bánh dây. Khi có sóng quá điện áp, vì đầu sóng dựng đứng nên những bánh dây đầu tiên chịu phân bố điện áp lớn. Để cho những bánh dây (hay những vòng dây) này không bị chọc thủng cách điện ta phải tăng cường cách điện so với các bánh dây (hay vòng dây) chính. Những bánh dây này gọi là những bánh dây tăng cường. Đối với các bánh dây tăng cường, điều kiện làm nguội khó khăn hơn, có thể làm nhiệt độ dây quấn tăng lên vì thế cần phải giảm mật độ dòng điện trong các bánh dây này xuống bằng cách tăng tiết diện dây dẫn lên khoảng 10 đến 15 phần trăm so với bánh dây chính. Phân đoạn cuộn dây tạo điều kiện làm mát dây quấn dễ dàng hơn. Khi dây quấn bị hư hỏng có thể tháo riêng từng bánh dây ra để kiểm tra, rất tiện lợi cho việc sửa chữa so với phương án quấn dây thành một khối. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm 44 Tuy nhiên kiểu quấn dây này có nhược điểm: khoảng cách giữa hai bánh dây nhỏ. Dễ gây ra hiện tượng phóng điện ở hai đầu hai bánh dây cạnh dây tăng cường. Đối với các bánh dây tăng cường, điều kiện làm nguội khó khăn hơn, có thể làm nhiệt độ dây quấn tăng lên vì thế cần phải giảm mật độ dòng điện trong các bánh dây này xuống bằng cách tăng tiết diện dây dẫn lên khoảng 10 đến 15 phần trăm so với bánh dây chính. Để khắc phục nhược điểm của phương án bốn, cuộn cao áp của máy biến áp thử nghiệm thường được quấn theo kiểu phân đoạn hình bậc thang. Trong đó, cuộn cao áp được chia thành các bánh dây có đường kính khác nhau (do cách điện của mỗi bánh dây với cuộn hạ áp khác nhau) sắp xếp như bậc thang ứng với điện áp trên mỗi bánh được trình bày trong các phương án năm và sáu. Cách quấn này giảm được không gian chốn của cuộn dây, tăng độ an tồn cách điện nói chung cũng như tăng được khoảng cách nguy hiểm xảy ra phóng điện. E. Phương án thứ năm: B B CA HA Ura Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm 45 Hình 3.5 Cuộn dây cao áp được chia ra làm nhiều bánh dây có đường kính khác nhau. Bánh dây ở giữa có đường kính lớn nhất (điện áp cao nhất). Các bánh ở càng xa bánh trung tâm đường kính càng nhỏ dần. Số bánh dây nhiều hay ít tuỳ thuộc cấp điện áp và sự bố trí của người thiết kế. Các ưu điểm của phương pháp này : - Về mặt điện: + Hai bánh dây ngồi cùng ở gần gông mạch từ có điện áp nhỏ hơn điện áp định mức cuộn cao áp nhiều. Do vậy có thể giảm được cách điện (vật liệu và khoảng cách cách điện) giữa cuộn dây cao áp và gông từ làm cho chiều cao loĩ thép giảm. + Điện áp được phân bố trên nhiều bánh dây nên kích thước mỗi bánh dây không quá lớn cách này có thể áp dụng cho máy biến áp cao áp . + Ưu điểm nổi bật quan trọng nhất của phương án này ở chỗ khi bố trí các bánh dây theo kiểu bậc thang, ta đã tăng được khoảng cách cách điện ở mỏm đầu giữa hai bánh dây cạnh nhau là vị trí xung yếu, dễ xảy ra phóng điện. Như đã biết, dầu máy biến áp thuộc loại dầu khống là sản phẩm chưng cất từ dầu mỏ có cường độ cách điện rất cao (khi vận hành Ect ≥ 14 KV/mm ). Khoảng cách cách điện chỉ cần tăng ít cũng đảm bảo đủ độ bền điện cuộn cao áp an tồn, tăng độ tin cậy của máy. - Về mặt nhiệt: tăng bề mặt tản nhiệt của dây quấn , làm mát tốt. - Các nhược điểm : + Nhược điểm chung của kiểu dây quấn thành các bánh là chịu lực cơ kém hơn kiểu dây quấn thành một khối (lực dọc và ngang trục dễ làm các bánh dây bị xô đi khỏi vị trí ban đầu) do việc bố trí cuộn dây riêng rẽ trên trụ. Tuy nhiên máy áp thử nghiệm cao áp một pha có điện áp đầu ra lớn công suất bé nên dòng điện ngắn mạch nhỏ (I2= S/U2), mặt khác máy thường làm việc ở chế độ không tải (khi có ngắn mạch thì rơle ngắt ngay). Do đó khuyết điểm trên thực ra cũng không ảnh hưởng gì lớn lắm. + Việc quấn, nối dây tương đối phức tạp hơn các phương án khác. + Nhược điểm chính của phương án là cách bố trí đầu dây cao áp ra ngồi Để đảm bảo an tồn, dây dẩn ra (nhất là dây cao áp) cần phải được cách điện tốt với các bộ phận nối đất (vỏ máy, xà ép gông, bu lông nối đất) cũng như các bộ phận dẫn điện khác. Khi điện áp nhỏ, dây dẫn ra không cần bọc thêm cách Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm 46 điện. Ởû những máy biến áp có điện áp cao, đoạn dây dẫn từ cuộn cao áp tới sứ cách điện tới nắp thùng cần phải được cách điện tốt bằng nhiều lớp cách điện quấn xung quanh. Tuy nhiên do điện áp cao, điện trường tập trung ở dây dẫn ra rất mạnh, rất có thể xảy ra hiện tượng phóng điện chọc thủng ở những nô xung yếu nhất về cách điện. Vì vậy, chiều dài của dây cao áp trong thùng càng ngắn thì đợ tin cậy càng cao. Trong phương án này, rõ ràng chiều dây cao áp bị tăng thêm một đoạn bằng nữa chiều cao cuộn cao áp do công nghệ quấn dây. Do đó đây cũng chưa phải là phương án tối ưu nhất. F. Phương án thứ sáu: Hình.3.6 Là một bước cải tiến, khắc phục nhược điểm của phương án năm. Các bánh dây được bố trí kiểu bậc thang có đường kính giảm dần tính từ đầu ra cuộn cao áp. B B1 B2 Ura HACA Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm 47 Phân bố từ trường tản của cuộn dây như hình trên. Trong đó B1, B1’ là từ thông tản chính, B2 là từ thông tản do cuộn dây có chiều cao không bằng nhau sinh ra. Ưu điểm của phương án này là đầu dây ra cao áp được bố trí ở bánh dây trên cùng gần với sứ đầu ra trên nắp thùng máy biến áp, rút ngắn được chiều dài dây dẫn ra cao áp đảm bảo yêu cầu cách điện. Chọn phương án dây quấn tối ưu: Yêu cầu của bài thiết kế máy biến áp thử nghiệm điện áp ra của cuộn dây cao áp là: 120 (kV). Với điện áp này bốn phương án đầu không chấp nhận được do nhược điểm dây quấn cách điện không an tồn. Phương án năm có thể dùng được với điều kiện phải đảm bảo được độ bền điện. Dây dẫn đầu ra cao áp, tốn vật liệu cách điện đắt tiền cách quấn này chỉ nên dùng khi chiều cao các bánh dây tương đối nhỏ điện áp không lớn lắm. Qua phân tích ưu nhược điểm của từng phương án quấn dây đã nêu trên ta nhận thấy phương án thứ sáu có nhiều ưu điểm hơn cả. - Do phân đoạn thành các bánh dây kiểu bậc thang màøkhoảng cách cách điện giưã các mỏm bánh dây gần nhau được tăng lên. Bánh dây càng có điện áp cao thì khoảng cách này càng lớn (so với bánh bên cạnh và bánh kế tiếp) do cách điện của cuộn dây cao áp so với cuộn hạ áp tăng lên tại bánh đó. - Giảm được cách điện các lớp dây trong một bánh. - Chiều dài đầu ra cao áp trong thùng được rút ngắn thiết kế hợp lý đảm bảo độ tin cậy khi máy làm việc - Máy làm mát tốt nhờ diện tích tiếp xúc với dầu của bánh dây tăng, giúp cho tản nhiệt được dễ dàng. - Công nghệ chế tạo, lắp ráp tương đối đơn giản, khi có sự cố hư hỏng, thuận tiện cho việc kiểm tra phát hiện chỗ khuyết tật giảm được thời gian sửa chữa. - Căn cứ vào những ưu điểm trên cuộn cao áp của máy biến áp thử nghiệm trong bài này sẽ được tính tốn thiết kế theo phương án sáu. Chương IV TÍNH TỐN LÕI THÉP VÀ DÂY QUẤN MÁY BIẾN ÁP ‘ Số liệu ban đầu : Công suất máy: S = 20 (kVA) Điện áp sơ cấp: U1 = 0 ÷ 220 (V) Điện áp thứ cấp: U2 = 0 ÷ 120 (kV) Tần số : f = 50 (Hz) ‘ Bước đầu tính tốn lấy các thông số của máy theo tiêu chuẩn về sản suất máy biến thế – tài liệu số 2 – “trang 560”. Điện áp ngắn mạch: Un = 4,5 % Tổn hao ngắn mạch: Pn = 510 (W) Dòng không tải phần trăm: i0 = 2% Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm 48 Máy làm mát bằng dầu. ‘ Các số liệu này lấy với mục đích chỉ tham khảo. Lấy và chọn sơ bộ, sẽ tính lại chính xác theo kết cấu máy. § 4.1 Tính tốn kích thước chủ yếu I. Tính tốn các đại lượng điện cơ bản: 1. Công suất trên trụ máy biến áp: Theo công thức (2-2) – tài liệu số 1: St = t S (kVA) Trong đó: S = 20 (kVA) – dung lượng máy biến áp t = 1 – số trụ tác dụng St = 201 20 = (kVA) 2. Dòng điện định mức của máy: Theo công thức (2-4)- tài liệu số 1 I = U S 310. (A) ‘ Phía sơ cấp: )(9,90220 10.2010. 3 1 3 1 AU SI === ‘ Phía thứ cấp: )(166,010.120 10.2010. 3 3 2 3 2 AU SI === Trong đó: U1 = 220 (V) – điện áp định mức phía sơ cấp U2 = 120 (kV) – điện áp định mức phía thứ cấp S = 20 (kVA)- dung lượng máy biến áp 3. Điện áp thử nghiệm dây quấn: Theo bảng 2 – tài liệu số 1: U1 = 220 V – ta có điện áp thử Uth1 = 5 (kV) U2 = 120 kV – ta có điện áp thử Uth2 = 210 (kV) II. Chọn số liệu xuất phát và tính các kích thước chủ yếu: Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm 49 1. Chọn chiều rộng quy đổi của rãnh từ tản giữa dây quấn cao áp CA và hạ áp HA: Phương án