Giáo trình Máy biến điện áp

chung suất tổn hao vẫn cao .Khoảng từ những năm 50 trở lại đây đã xuất hiện tôn cán lạnh là loại tôn có vị trí sắp xếp các tinh thể gần như không đổi và có tính dẫn từ định hướng .Do đó suất tổn hao giảm nhỏ đến 2÷ 2,5 lần so với tôn cấn nóng .Độ từ thẩm thay đổi rất it theo thời gian .Dùng tôn cán lạnh cho phép tăng cường độ từ cảm trong lõi thép lên tới 1,6÷1,65 T ,trong khi đó tôn cán nóng chỉ đến 1,4÷1,45T. Cũng từ đó mà giảm được tổn hao trong máy ,giảm được trọng lượng và kích thước máy ,đặc biệt là rút bớt đáng kể chiều cao của máy biến áp ,rất thuận lợi cho việc chuyên chở .Tôn cán lạnh tuy có đắt hơn ,nhưng do việc giảm được tổn hao và trọng lượng nên người ta tính ra rằng những máy biến áp được chế tạo bằng loại tôn này trong vận hành kinh tế hơn so với máy biến áp làm bằng tôn cán nóng . Cũng cần chú ý rằng sang dùng tôn cán lạnh đồng thời đòi hỏi phải thay đổi một cách cơ bản công nghệ chế tạo và kết cấu lỗi thép máy biến áp .Thường sau khi tiến hành gia công cơ khí các lá thép như dập ,phay ,ép ... suất tổn hao trong thép sẽ tăng lên ,do đó để đảm bảo phẩm chất từ tính của lá thép gần như lúc đầu ,phải tiến hành ủ lại các lá thép .Song chú ý là viẹc ủ lại không dùng cho các lá thép có cách điện bằng giấy ,chỉ dùng cho thép lá cách điện bằng sơn . Vật liệu tác dụng thứ hai là của máy biến áp là kim loại làm dây quấn .Trong nhiều năm đồng vẫn là kim loại duy nhất dùng chế tạo dây quấn mà không có thay đổi gì .Vì như ta đã biết đồng có điện trở suất nhở ,dẫn điện tốt dẽ gia công (hàn ,quấn ...) , đảm bảo độ bền cơ ,điện ... tốt .Gần đây người ta đã dùng nhôm thay đồng làm dây quấn .Nhôm có ưu điểm là nhẹ ,dẽ kiếm hơn ,dẻ hơn ,nhưng tất nhiên có nhược điểm là điện trở suất lớn hơn do đó dẫn điện kém hơn ,độ bền cơ cũng kém hơn và lại rất khó khăn trong việc hàn nối .Khi dùng nhôm thay đồng để bảo đảm được một công suất tương đương thì thể tích nhôm tăng lên ,chi phí cho các công việc về chế tạo dây quấn ,chi phi về vật liệu cáchiện điện ,sơn tẩm ....tăng lên .Những chi phí đó tăng lên được bù lại bởi giá thành dây nhôm dể hơn ,nên nói chung giá thành toàn bộ máy biến áp bằng dây nhôm và dây đồng thực tế không khác gì nhau bao nhiêu .Dĩ nhiên dùng dây nhôm sẽ tiết kiệm được đồng là kim loại quí hiếm . * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 25 Về vật liệu cách điện thì phần lớn các máy biến áp đều dùng dây quấn có cách điện bằng giấy cáp thuộc cách điện cấp A có nhiệt độ giới hạn cho phép là +105 0 C với chiều dày cách điện cả hai phía là 0,45 ÷0,5 mm việc dùng dây dẫn có cấp cách điện cao hơn (E,B,F...) không có ý nghĩa nhiều lắm vì nhiệt độ cho phép của dây quấn máy biến áp được quyết định không chỉ ở cấp cách điện của vật liệu cách điện mà còn ở cả nhiệt độ cho phép của dầu ngâm dây quấn .Một loại cách điện hay dùng bọc dây dẫn là men cách điện (êmay) .Việc thay cách điện bọc từ giấy cáp sang tráng men không những làm cho lớp cách điện mỏng hơn ,độ bền cơ điện tốt hơn mà còn có tác dụng giảm trọng lượng dây quấn lõi thép ,tuy rằng dây tráng men giá thành có đắt hơn. Đối với máy biến áp khô hay dùng những dây dẫn có bọc cách điện cấp cao hơn . Với loại dây dẫn có cấp cách điện cao hơn ,do có nhiệt độ cho phép cao hơn nên có thể chọn mật độ dòng điện dây dẫn cao hơn ,vì thế kích thước cuôn dây và do đó máy sẽ gọn hơn .Song người ta cũng chỉ dùng đến cách điện cấp B mà ít khi dùng loại dây có cấp cách điện cao hơn nữa, vì lý do là nhiệt độ cho phép càng cao mật độ dòng điện chọn càng lớn thì tổn hao ngắn mạch tăng lên làm cho hiệu suất của máy biến áp giảm xuống đáng kể .Có thể dùng nó trong trường hợp yêu cầu về kết cấu gọn nhẹ là tối cần thiết ,như các thiết bị điện trong giao thông vận tải ,trong máy bay ... 1.6 CẤU TẠO MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP . BU gồm những bộ phận chính như sau: mạch từ ,dây quấn ,hệ thống làm lạnh và vở máy. 1.Mạch từ Mạch từ là mạch cho từ thông trong máy biến điện áp ,do đó thiết kế nó cần phải làm sao cho đảm bảo được tổn hao sắt chính và phụ nhỏ ,dòng điện không tải nhỏ ,lượng tôn silic ít và hệ số điền đầy của lõi sắt cao , mặt khác mạch từ là khung để quấn dây , giá đỡ dây dẫn ra .....Hơn nữa ,lõi sắt còn cón có thể chịu những ứng lực cơ học lớn khi dây quấn bị ngắn mạch .Vì vậy yêu cầu thứ hai của lõi sắt là phải bền và ổn định về cơ khí để bảo đảm lúc nâng cẩu lõi an toàn cũng như chịu được những ứng lực lúc máy biến điện áp bị ngắn mạch .Tiết diện của lõi mạch từ được ghép từ các lá thép ép bằng xà ép ,tiết diện của chúng có thể là hình chữ nhật và khi đó cuộn dây cũng có hình chữ nhật .Tuy nhiên theo cách này ta có thể đơn giản được việc chế tạo mạch từ nhưng việc chế tạo cuộn dây gặp nhiều khó khăn và cũng tốn nhiều dây hơn. Các BU có điện áp lớn hơn 660V có cuộn dây với số vòng lớn ,dây nhỏ thường sử dụng mạch từ có tiết diện dạng hình trụ ,hầu hết các BU hiện nay được chế tạo với lõi sắt kiểu trụ . Tiết diện dạng bậc làm tăng sự điền đầy không gian của thép bên trong cuôn dây hình * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 26 trụ như hình 1.25 .Ngoài ra với cuộn dây hình trụ chiều dài các vòng dây sẽ ngắn hơn so với dạng hình chữ nhật . Số bậc thang trong trụ càng nhiều thì tiết diện trụ càng gần hình tròn ,nhưng số tập lá tôn càng tăng ,nghĩa là số lượng các lá tôn có kích thước khác nhau càng nhiều làm cho quá trình công hình1.25 nghệ chế tạo lắp ráp càng phức tạp . Trụ và gông cần phải được ép thành một bộ bảo đảm chắc chắn lúc nâng cẩu lõi sắt cũng như có lực ngắn mạch ở dây quấn tác dụng lên ,đồng thời lại giảm được những dao động tự do hay những tiếng kêu ,tiếng ù khi máy vận hành . Nhiều năm trước đây đối với tôn cán nóng để giảm bớt quá trình công nghệ gông từ , Tiết diện gông không làm nhiều bậc mà có khuynh hướng làm đơn giản hơn hiệu chỉnh là hình chữ nhật ,hình chữ T thuận ,hình chữ T ngược hoặc hình chữ thập .Nhưng những tiết diện gông hình dáng đó của chúng thật ra đều không hợp lý vì sự phân bố không đều từ cảm giữa các trụ và gông trong cùng một tập lá thép .Nguyên nhân là vì ,từ thông trong trụ và gông bằng nhau nên tiết diện trụ và gông phải bằng nhau , do đó muốn làm tiết diện gông đơn giản (giả sử lấy tiết diện gông hình chữ nhật làm ví dụ ) thì rõ ràng tiết diện các tập lá thép ở gông càng nhỏ dần vào giữa so với các tập lá thép tương ứng ở trụ .Từ thông trong các tập lá thép này không dễ dàng đi sang được các tập lá thép khác vì có cách điện lá và khe hở không khí ,nên chỉ chạy trên cùng tập với nhau giữa trụ và gông .Như vậy từ cảm trụ sẽ giảm nhở dần ở những tập lá thép giữa và tăng ở những tập lá thép ngoài biên .Còn ở gông thì ngược lại .Sự phân bố từ cảm không đều trong lõi như vậy làm tăng tổn hao và dòng điện không tải nhất là đối với tôn cán lạnh .Người ta tính ra rằng ,chẳng hạn đối với gông chữ nhật tổn hao không tải tăng 5÷6 % ,dòng điện không tải tăng 12÷15% so với gông có số bậc bằng số bậc ở trụ .Vì vậy tiết diện ngang của gông từ có số bậc bằng số bậc của trụ là tôt nhất .Nhưng dể bảo đảm lực ép phân bố đều hơn trên các lá thép gông ,thường 2÷3 tập lá thép ngoài cùng của gông được gộp lại làm một cỡ ,như vậy số bậc trong gông sẽ ít hơn số bậc trong trụ và dĩ nhiên tiết diện của gông sẽ lớn hơn tiết diện của trụ một ít .Kinh nghiệm cho thấy nếu trụ và gông ép bằng bulông xuyên qua chúng làm tổn hao o tải tăng lên khoảng 9÷25%,dòng điện không tải tăng lên 50÷200% .Trong trường hợp tiết diện gông làm đơn giản số bậc đi so với tiết diện trụ thì tổn hao không tải tăng khoảng 5÷6% dòng điện không tải tăng 8÷10% . Theo phương pháp ghép trụ và gông có thể chia lõi sắt thành 2 kiểu : Lõi ghép nối và lõi ghép xen kẽ . a.ghép nối : * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 27 ghép nối là gông và trụ ghép riêng sau đó được đem nối với nhau nhờ những xà ép và bulông ép (hình 1.26a).Ghép kiểu này đơn giản nhưng khe hở không khí giữa trụ và gông lớn ,do không bảo đảm tiếp xúc tương ứng từng lá thép trụ và gông với nhau nên tổn hao và dòng điện không tải lớn ,vì vậy ít dùng . a. b. c . d. e. Hình 1.26 b.ghép xen kẽ . Ghép xen kẽ là từng lớp lá thép của trụ và gông lần lượt đặt xen kẽ theo vị trí 1 và 2 ...như trên hình 1.26 b Sau đó dùng xà ép và bulông vít chặt lại .Muốn lồng dây quấn vào thì dỡ hết gông trên ra ,cho dây quấn đã được quấn trên ống bakelit lồng vào trụ .Trụ được nèn chặt với ống bakêlit bằng cách nêm cách điện (gỗ ,bakêlit ...) sau đó xếp lá thép vào gông như cũ và ép gông lại .Hiện nay ở nước ta hay dùng kiểu này .Trụ Lượt 2 Lượt 1 Lượt 2 Lượt 1 * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 28 được ôm bởi ống cách điện bakêlít và dây quấn , hoặc đai bằng sợi thuỷ tinh ,gông được ép bằng xà ép gông .Không có bulông xuyên qua lõi sắt Đối với thép cán lạnh ,để giảm bớt tổn hao do tính dẫn từ không đẳng hướng thường ghép xen kẽ nhưng với mối nối nghiêng giữa trụ và gông ở bốn góc như ở hình 1.26 c hay mối nối nghiêng cả trụ giữa hình 1.26d hoặc ghép xen kẽ với mối nối hỗn hợp hình 1.26e mà không dùng mối nối thẳng như thép cán nóng .Phương pháp ghép xen kẽ đơn giản ,kết cấu vững chắc nên được dùng phổ biến trong ngành chế tạo máy biến áp hiện nay . c. Chọn tôn silic và cường độ từ cảm trong trụ Vật liệu làm lõi sắt biến áp thường có hai loại : tôn silíc cán nóng và tôn silic cán lạnh . Nhiều năm trước đây ,lõi sắt biến áp chủ yếu dùng tôn cán nóng .Nhưng do suất tổn hao lớn làm cho tôn hao không tải ,dòng không tải tăng lên .Vì thế gần đây tôn cán nóng không được sử dụng nữa mà đã được thay thế bằng tôn cán lạnh dày 0,35 mm hoặc nhỏ hơn nữa .Dùng tôn cán mỏng dưới 0,5mm thì sẽ có nhược điểm là số lần cắt dập ,lắp ghép lá thép tăng lên ,giá thành về công nghệ lõi thép tăng lên .Nhưng bù lại chúng lại có suất tổn hao nhỏ . Khác với máy biến điện áp điện lực ,mật độ từ cảm trong trụ thường chọn lớn (với tôn cán lạnh có thể chọn lên tới 1,6÷1,65 T đặc biệt có khi lên tới 1,7T) ,mật độ từ cảm trong trụ của máy biến điện áp lại thường chọn thấp (thường nằm trong dải tuyến tính của đặc tính đường cong từ hóa của loại thép được chọn ) nghĩa là thường chọn từ 0,8÷1T . Việc chọn mật độ từ cảm trong trụ của máy biến điện áp thấp như vậy có lý do sau : -làm tăng tiết diện lõi sắt lên . -tăng độ nhạy cho máy biến điện áp . 2. Cuộn dây Cuộn dây thứ cấp và sơ cấp là một phần cơ bản và quan trọng nhất của mỗi máy biến điện áp .Tính toán và thiết kế kết cấu cuộn dây thực chất là việc chọn kiểu cuộn dây ,xác định các thông số cuộn dây : số vòng dây ,kích thước dây quấn và cuộn dây . Các tham số về cuộn dây phải được lựa chọn phù hợp với đặc tính về điện từ , cách điện và đặc tính nhiệt của biến áp . Việc chọn kiểu cuộn dây cần phải theo chỉ dẫn về khả năng công nghệ và chi phí vật liệu . Trong cuộn dây còn có màn điện dung để bảo vệ cuộn dây khỏi quá điện áp . a. Dây quấn . Yêu cầu chung : Gồm yêu cầu về vận hành và yêu cầu về chế tạo *Yêu cầu về vận hành gồm các mặt điện , cơ và điện . + Về mặt điện : * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 29 khi vận hành thường dây quấn biến áp có điện áp , do đó cách điện của biến áp phải tốt , nghĩa là phải chiu được điện áp làm việc bình thương và quá điện áp do đóng ngắt mạch trong lưới điện hay do sét (quá điện áp thiên nhiên ) gây nên , ảnh hưởng của quá điện áp do đóng ngắt mạch với điện áp bình thường , thường chủ yếu là đối với cách điện chính của biến áp , tức là cách điện giữa các dây quấn với nhau và cách điện giữa với vở máy ; còn quá điện áp do sét đánh lên đường dây thường ảnh hưởng đến cách điện dọc của biến áp , tức là giữa các vòng dây , lớp dây hay giữa các bánh dây của từng dây quấn . + về mặt cơ học : Dây quấn không bị biến dạng hoặc hư hỏng dưới tác dụng của lực cơ học do dòng điện ngắn mạch gây ra . + Về mặt chịu nhiệt : Khi vận hành bình thường cũng như trong trường hợp ngắn mạch , trong một thời gian nhất định ,dây quấn không được có nhiệt độ quá cao .Vì lúc đó chất cách điện sẽ bị nóng quá mà chóng hư hỏng hoặc bị già hoá làm cho nó mất tính đàn hồi ,hóa giòn và mất tính chất cách điện . Vì vậy khi thiết kế phải đảm bảo sao cho tuổi thọ của chất cách điện từ 15 ÷20 năm . *Yêu cầu về chế tạo : Kết cấu đơn giản , tốn ít nguyên liệu và nhân công , thời gian chế tạo ngắn và giá thành hạ nhưng vẫn đảm bảo được các yêu cầu về mặt vận hành . Vật liệu chính để chế tạo dây quấn là đồng có cách điện bằng vải hoặc êmay , tiết diện tròn hoặc chữ nhật .Do dòng quá bé nên cơ bản sử dụng dây quấn có tiết diện tròn .Đường kính dây được lựa chọn theo tiêu chuẩn về dây quấn . Việc cách điện dây thường khác nhau phụ thuộc vào đường kính dây , cấp điện áp và kết cấu của cuộn dây .Dây có các mác khác nhau phu thuộc vào cách điện chúng .Đối với các cuộn dây sơ cấp của các BU có điện áp 110KV và cao hơn thì chúng phải có độ cách điện cao hơn nhiều , thường sử dụng loại dây emay .Đối với các cuộn dây của các BU khô ( cách điện bằng epoxy ) thì sử dụng dây có cách điện chịu nhiệt cao , độ bền cao tẩm sơn emay không tan trong keo epoxy. b. Cách điện các chi tiết và vật liệu . Giá thành cách điện chiếm một tỷ lệ quan trọng trong giá thành chung của máy biến áp . Cách điện trong máy biến áp 110-220 KV chiếm đến 18÷20 % giá thành toàn bộ máy biến áp .Nếu chọn cách điện không hợp lý sẽ gây hư hỏng do tác dụng về cơ ,điện nhiệt hoặc lãng phí không cần thiết Các vật liệu cách điện cần phải không có tác dụng hoá học với dầu máy biến áp ,ngoài ra chúng không có khả năng bị oxy hoá và bị phân huỷ . * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 30 Trước khi vận hành , các máy biến áp cần phải được thử nghiệm cách điện , điện áp thử có f= 50 Hz lấy từ nguồn riêng biệt , ở điều kiện khí hậu bình thường ( +200C ,p= 760 mmHg , độ ẩm 11g/m3 ) . Các chất cách điện được sử dụng chính : - Giấy cáp: Mã hiệu K –0,8 ; K-12 và K-17 chiều dày 0,08 ; 0,12 ; 0,17 mm .Trong máy biến áp thường sử dụng loại K-12 dày 0,12 để quấn dây đồng trong cuộn dây dưới dạng băng vải , chiều rộng có nhiều cỡ dùng làm cách điện giữa các lớp .Dưới dạng băng nhỏ rộng 2÷3 cm quấn thành từng lớp dày 0,1 đến 5 cm để cách điện dây dẫn ra và tăng cường cách điện cho những vòng đầu cuộn dây . - Giấy điện thoại : Làm thành từng cuôn rộng 500± 1000 mm dày 0,05± 5 % mm dùng để cách điện giữa các lớp . -Vải sơn : làm thành từng cuộn rộng 700± 1000 mm dày 0,17 ; 0,2 ; 0,24 mm .Vải sơn có dạng băng rộng 2÷3 cmdùng để quấn xung quanh dây dẫn ra ở những nơi đòi hỏi độ bền cơ học và đàn hồi .Vải sơn đen tuyệt đối không được dùng vì nó tẩm hắc ín.Nếu ngâm trong dầu ,dầu sẽ hoà tan hắc ín. -Băng vải sợi : có hai loại +Loại sợi chéo dày 0,58 ± 0,02 mm + Loại sợi thẳng dày 0,28± 0,02mm rộng từ 1,5÷5 -Bìa cách điện : Chế tạo thành từng tấm có kích thước 900x1000mm dày 0,5mm; 850x3600 dày 1,0 ;1,5;2,0;2,5 và 3mm .Hay thành từng cuộn rộng 1000mm dày 0,5mm. Dùng để làm tấm cách điện của cuộn dây , làm bức vách , tấm chắn ,vòng đệm và làm ống cách điện giữa các cuộn dây . -Thành phẩm giấy bakêlit : Làm thành từng ống có độ bền cơ và điện cao .Chiều dày cả hai bên là 2,4,6,8mm và hơn nữa , dài đến 500mm .Làm dạng ống lớn để cách điện giữa cuộn dây và trụ sắt . -Ghê -ni –tắc : chế tạo bằng giấy tẩm sơn bakelit ép chặt ở nhiệt độ cao .Làm thành từng phiến có chiều dày khác nhau có độ bền cơ và điện cao .Dùng để bắt chặt đầu dây , làm bảng điều chỉnh điện áp . - Gỗ : Thường dùng gỗ dẻ trắng làm thanh đệm để lồng cuộn dây và cách điện hình trụ hay làm thanh đệm giữa các lớp dây , dùng để chêm giữa lõi sắt và cuộn dây BH. (các loại gỗ có nhựa như cây thông ,cây sồi không được dùng trong biến áp dâu). * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 31 -Sứ : dùng làm làm vở máy hay cách điện giữa các đầu ra . -Giấy để dán -Sơn dầu -Sơn tẩm -Dầu máy biến áp : dùng làm cách điện và làm mát máy biến áp. c.Giới thiệu cuộn dây kiểu trụ(dây quấn hình ống nhiều lớp dây tròn). Đối với các BU sử dụng cuộn dây kiểu này : Các ống dây kiểu trụ thường đơn giản ,dễ chế tạo .Nếu sử dụng dây quấn tiết diện tròn thì việc quấn dây trên các ống cách điện 1,2 hoặc nhiều lớp , làm bằng giấy tẩm bakelit hoặc bìa cacton cách điện . Trong cuộn dây nhiều lớp , giữa các lớp dây được đặt giấy cáp và các lớp giấy cáp này phải cao hơn chiều cao của dây quấn từ 20÷50 mm (cả về hai phía ) và được quấn thêm những gờ bằng bìa cách điện nhằm mục đích làm bằng phẳng lớp dây . Các đầu dây quấn được đưa ra bằng chính dây dẫn đó hoặc với các dây tròn đường kính nhỏ hơn 0,69mm thi bằng các loại dây mềm nhiều lõi .Các vòng dây ngoài cùng có tiết diện tròn được kẹp cho khỏi bị trượt bằng các tấm phụ hoặc bằng cách cuốn các vòng dây ngoài cùng bằng các vòng giấy điện thoại . Các viền ngoài được chế tạo từ bìa cactôn cách điện và gắn bằng keo một bên .Việc kẹp chặt các vòng dây ngoài bằng cách buộc chúng bằng các đai và làm bằng phẳng các đâu cuộn dây bằng bìa cactông cách điện . Bên ngoài cuộn dây , thông thường được bó bằng lớp dây đai . Để đảm bảo độ bền cơ khí các ống dây của BU dầu có điện áp lớn hơn 10KV được tẩm bằng sơn ΓΦ - 95 .Đối với máy biến điện áp khô thì chống ẩm bằng loại sơn No 447 . d.giới thiệu cuộn dây kiểu trụ ,quấn bậc ở điện áp cao , với các cuộn dây nhièu lớp , được quấn từ dây có tiết diện nhỏ , mỗi lớp có số vòng dây lớn dẫn đến điện áp giữa các lớp là khá lớn .Điều này đòi hỏi phải tăng tăng chiều dày cách điện giữa các lớp .Do đó làm giảm hệ số điện đầy của cuộn dây , cuộn dây không được chặt , độ bền cơ khí kém . Trong trường hợp đó người ta chia cuộn dây cuộn dây theo chiều hướng trục và thành nhiều bậc (hình 1.27 ) , như vậy sẽ được cuộn dây kiểu trụ nhiều bậc . Với cuộn dây như trên ,số vòng dây ở bậc tiếp theo có điện áp giữa các lớp giảm đi theo tỷ lệ với số bậc quấn dây . Hơn nữa cuộn dây cuộn dây được quấn chặt hơn . * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 32 Hình 1.27 e.Cách điện các cuộn dây và bảo vệ chúng khi có quá điện áp BU được tính toán làm việc với thời gian dài trong lưới điện , có nghĩa là thường xuyên có điện áp trên các cuộn dây . Quá điện áp là hiện tượng điện áp tăng lên đáng kể so với điện áp định mức của BU . Vì vậy nguy hiểm cho cách điện của máy . Quá điện áp xẩy ra do hiện tượng tự nhiên (sóng sét ) , do đóng ngắt mạch , do chạm chập một pha nào đó . Cách điện của BU cuôn dây chia làm hai phần chính và dọc : - Cách điện chính là cách điện giữa cuộn dây với đất và giữa cuộn dây với nhau . - Cách điện dọc là cách điện bên trong mỗi cuội dây nghĩa là giữa các vòng dây ,lớp dây . Điện áp định mức và hiện tượng quá điện áp do chuyển mạch tác dụng chủ yếu lên cách điện chính của cuôn dây . Quá điện áp khí quyển tác động chủ yếu lên cách điện dọc của cuộn dây.Để BU làm việc lâu bền ,tin cậy , chắc chắn phải đảm bảo độ bền cách điện ở tần số công nghiệp (50Hz ) và độ bền xung . Độ bền cách điện dưới tác dụng của điện áp sẽ là lớn nhất khi điện áp chia đều theo các cuôn dây . Đối với các BU sử dụng cuôn dây kiểu ống trụ , chúng có ưu điểm so với các cuôn dây khác là sự phân chia ban đầu của áp xung ở chúng nhận được thực tế rất đều trên các lớp dây . Điều đó được giải thích như sau : Xung sét có dang dựng đứng , xuất hiện với thời gian đo được cỡ μs . Với xung như vậy có thể xem như là sóng có dạng hình sin với tần số cao . Khi ấy điện trở cảm ứng trong các vòng dây của cuộn dây tỷ lệ với ω.L trong đó ω =2Πf sẽ rất lớn .Do vậy điện áp xung sẽ được chia tỷ lệ thuận với điện dung trong của cuộn dây và điện trở của chúng là rất nhỏ ( C. 1 ω ). Tuy nhiên điện dung của các lớp gần bằng nhau nên điện áp xung được chia giữa các lớp là như nhau và cách điện bên trong (giữa các lớp ) của cuôn dây thực tế sẽ bền đều nhau . Cần thiết phải có bộ phận phụ cho cuôn dây ống hình trụ nhiều lớp , đó là màn điện dung , Nó bao luôn lớp trên và nối với đường dây vào . Màn điện dung dùng để cân bằng điện áp ở các vòng dây lớp trên (lớp vào ). Màn điện dung được làm bằng là nhôm hoặc tấm đồng latun mỏng , chiều rộng của nó bằng chiều cao cuộn dây . ở viền ngoài của màn , để tránh việc tạo ra từ trường cường độ lớn , người ta gấp thêm giấy cáp hoặc bìa cactôn kỹ thuật điện . 1.7 LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 33 Sau khi đã tìm hiểu chung về các loại máy biến điện áp với nhiều kiểu kết cấu khác nhau .Với đề tài thiết kế máy biến điện áp 35KV ta chọn kiểu máy biến điện áp cảm ứng điện từ ngâm dầu . Đay là máy biến điện áp một pha hai dây quấn :dây quấn sơ cấp và dây quấn thứ cấp Lựa chọn kết cấu - mạch từ :hình chữ nhật ,trụ có ba bậc ,gông hình chữ nhật - dây quấn : dây quấn hình ống nhiều lớp dây tròn , thứ cấp cuốn phía trong một trụ ,còn cuọn sơ cấp cuốn bên ngoài và cuốn trên hai trụ , giưa hai dây quấn có rãnh dầu 1.8 TÍNH KHOẢNG CÁCH CÁCH ĐIỆN Các khoảng cách cách điện cho máy biến điện áp thiết kế được tra theo sách : - thiết kế máy biến áp của tác giả Phạm Văn Bình và Lê Văn Doanh . - thiết kế máy biến áp điện lực .của tác giả Phan Tử Thụ . - Sách khí cụ điện cao áp của bô môn Thiết Bị Điện –Điện Tử . Máy biến điện áp có cấp điện áp : U1=35/ 3 KV U2= 100 / 3 V + Điện áp thử và điện áp làm việc lớn nhất tra theo bảng 2 . Điện áp thử với tần số công nghiệp 50 Hz cho các máy biến áp ngâm dầu .( sách thiết kế máy biến áp điện lực của tác giả Phan Tử Thụ .) ta được : với Ut =85kv ta tra được : a21=1cm, lo= l’o =l’’o=1cm , a11=2cm , với Ut= 5kv có ao2 =0,2cm 1.8NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ Nhiệm vụ của người thiết kế là phải thiết kế máy biến điện áp có dung lượng ,điện áp ,cấp chính xác ...theo tiêu chuẩn nhà nước ( các số a1 a2 ao2 a11 ao2 a’1 a21 * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 34 liệu đã cho ).Máy biến điện áp phải có những đặc tính phù hợp với tiêu chuẩn kỹ thuật đã qui định như : điện áp ,hiệu suất ...phải đảm bảo chắc chắn độ bền nhiệt ,điện, cơ ,và đồng thời công nghệ chế tạo đơn giản ,giá thành hạ ,bảo quản và sửa chữa dễ dàng .Thực tế thiết kế cho thấy rằng cũng những số liệu ban đầu ( dung lượng ,điện áp ,cấp chính xác ..)ta có thể có được những quan hệ khác về kích thước ,về giá thành ,về trọng lượng của máy biến điện áp .Do đó có nhiều phương án thiết kế khác nhau cho nên người thiết kế phải biết lựa chọn một phương án thích hợp nhất với các yêu cầu đã cho . Công việc thiết kế gồm có các phần sau : 1. định nhiệm vụ kỹ thuật : định rõ công dụng của sản phẩm ,phạm vi ứng dụng ,tạm thời định hình dáng của máy biến điện áp như kết cấu ,phương thức làm mát . 2. tính toán : -các kích thước chính -thiết kế cuộn dây -chọn kết cấu cách điện -tính toán đặc tính của máy -tính toán nhiệt ,thiết kế vỏ thùng . 3.thiết kế thi công : vẽ rõ toàn bộ kết cấu và từng chi tiết của máy ,tính toán trọng lượng * KHOA ĐIỆN_ BỘ MÔN TBĐ-ĐT* ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 35 CHƯƠNG II TÍNH TOÁN ĐIỆN TỪ CỦA MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 2.1 TÍNH TOÁN CÁC KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU I.XÁC ĐỊNH CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐIỆN CƠ BẢN 1. dòng điện định mức pha phía cao áp : )(0074.0 35000 3.150 1 1 AU SI dm dm dm === phía hạ áp : )(6,2 100 3.150 2 2 AU SI dm dm dm === 2. điện áp thử nghiệm của dây quấn theo bảng 2 sách thiết kế máy biến áp của tác giả pha Tử Thụ : bên cao áp : U1 =35/ 3 kv có Ut=55 kv bên hạ áp : U2 = 100/ 3 v có Ut = 5 kv II. TÍNH CÁC KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU 1. tiết diện trụ của mạch từ theo công thức sách thiết kế máy biến áp của tác giả Phạm Văn Bình ta có : 27,141502,12,1 cmSSt === Khi máy biến điện áp làm việc với lưới điện trung tính cách ly . Để máy biến điện áp chịu được sự cố ngắn mạch một pha nào đó của lưới điện ,lúc đó điện áp tăng 3 lần ,để dòng từ hoá không đạt đến trị số nguy hiểm thì tiết diện mạch từ cũng phải tăng 3 lần . S’t = 3 St = 3 .14,7 = 25,5 cm2 2.đường kính trụ mạch từ theo sách thiết kế máy biến áp của tác giả Phan Tử Thụ ta có )(3,6 14,3.821,0 5,25.4 . '.4 4 .' 2 cm K S dd K S ld t ld t ===→= π π trong đó: kld=kc.kd=0,851.0,965=0,828 kld là hê số lợi dụng của lõi sắt kc hệ số ép chặt ,tra được kc= 0.851 kd hệ số điền đầy ,tra được kd= 0.965 1. đường kính trung bình của rãnh dầu d21= a.d=1,3.6,3=8,2 cm chọn a= 1,3 4.chiều cao cuộn dây Từ c