Đề tài Thiết kế máy biến dòng

ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nguyễn Hùng Tiến- Lớp 3E2- K51 ĐH Bách Khoa Hà nội 1 Chương 1 GIỚI THIỆU CHUNG I – GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY M.B. D. 1. Khái niệm chung. Máy biến dòng là thiết bị bIến đổi dòng điện có trị số lớn và điện áp cao xuống dòng điện tiêu chuẩn 5A hoặc 1A. Điện áp an toàn cho mạch đo lường và bảo vệ. 2. Nguyên lý làm việc. Ở mạch điện xoay chiều, nguyên lý làm việc của M.B.D tương tự MBA. Hình 1.1: Sơ đồ đấu dây máy biến dòng.  Mô tả sơ đồ. Tải của m.b.d được đấu vào cuộn dây thứ cấp W2 của nó, còn 1 đầu còn lại được nối đất. Thứ tự “đầu” và “cuối” của các cuộn dây BT thường được phân biệt, đầu cuộn dây đánh dấu (*)(nguyên nhân là do 1 số thiết bị đo lường, bảo vệ làm việc theo góc pha của dòng nên bắt buộc đấu đúng cực tính). ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nguyễn Hùng Tiến- Lớp 3E2- K51 ĐH Bách Khoa Hà nội 2 Biến dòng có cuộn dây sơ cấp W1 đấu nối tiếp với tải ZT1 nên tải ở mạch thứ cấp ZT2 không ảnh hưởng đến dòng tải sơ cấp I1*.  Các thông số cơ bản. Điện áp định mức của lưới điện quyết định cách điện phía sơ cấp và thứ cấp của BI(là điện áp dây của lưới điện mà BI làm việc). Dòng điện sơ cấp và thứ cấp định mức là dòng điện làm việc dài hạn, theo phát nóng, có dự trữ. Hệ số BIến đổi là tỷ số giữa dòng sơ cấp và thứ cấp định mức: Sai số của BI gồm sai số dòng điện ∆I(tính theo %) và sai số góc ∆ (‘). 3. Đặc điểm làm việc của MBD khác với MBA Chế độ ngắn mạch là chế độ làm việc bình thường của BI, với MBA thì đây là sự cố. Khi làm việc, cuộn dây thứ cấp của MBA có thể để hở mạch còn cuộn dây thứ cấp của BI không cho phép. Vì khi hở mạch sẽ sinh ra điện thế nguy hiểm cho công nhân phục vụ và cách điện của m.b.d. Từ cảm của m.b.d thay đổi còn từ cảm của MBA là hằng số. 2Dòng điện chạy trong cuộn thứ cấp của m.b.d không phụ thuộc vào phụ tải mà chỉ phụ thuộc vào dòng điện sơ cấp, còn của MBA thì phụ thuộc hoàn toàn vào phụ tải. 4. Các chế độ làm việc của M.B.D - Chế độ ngắn mạch của dòng sơ cấp, mạch thứ cấp phụ tải Z2. Tỷ số giữa dòng ngắn mạch sơ cấp trên dòng định mức gọi là bội số dòng của BI: Khi n lớn, sai số m.b.d tăng, sai số phụ thuộc vào dòng thứ cấp I2 hoặc tải Z2. Sai số dòng điện thường đạt giá trị <10%, ký hiệu là n10. - Chế độ hở mạch thứ cấp của BI. Ở chế độ làm việc định mức(mạch thứ cấp có tải Z2), dòng từ hóa rất bé, dưới 1% I1đm , biên độ từ cảm trong lõi thép rất bé(0,06 ÷ 0,1T) Dòng I2 có tác dụng khử từ, cân bằng với I1. ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nguyễn Hùng Tiến- Lớp 3E2- K51 ĐH Bách Khoa Hà nội 3 Nếu thứ cấp hở mạch(I2 = 0), vai trò khử từ của nó không còn, toàn bộ stđ I1W1 làm nhiệm vụ từ hóa lõi thép, làm lõi thép rất bão hòa nên són của từ cảm B( có dạng gần xung vuông, trị số lớn vì cuộn dây thứ cấp 2 có số vòng lớn, nó sẽ cảm ứng ra điện áp U2 có biên độ rất cao(cỡ vài chục KV)  gây nguy hiểm cho người và thiết bị thứ cấp  M.b.d không được phép hở mạch phía thứ cấp và không cần cầu chì bảo vệ phía thứ cấp. Để chống bão hòa trong mạch từ, người ta chế tạo máy biến dòng có khe hở không khí  máy biến dòng tuyến tính, giảm hằng số thời gian điện từ, giảm từ thông dư trong mạch từ sau sự cố 1 cách nhanh chóng. 5. Phân loại và ứng dụng. Có rất nhiều loại máy biến dòng: - Theo tác dụng máy M.B.D: - M.B.D đo lường. - M.B.D cung cấp cho mạch bảo vệ: bảo vệ so lệch, bảo vệ chạm đất. - M.B.D hỗn hợp: đo lường và bảo vệ. - M.B.D thí nghiệm: có nhiều hệ số BIến đổi và cấp chính xác cao. - M.B.D trung gian: nối 2 m.b.d có bội số dòng khác nhau. - Theo nơi đặt máy: - Máy biến dòng sử dụng trong nhà. - Máy biến dòng sử dụng ngoài trời. - Máy biến dòng đặt ở các nơi đặc biệt, ví dụ như trên tầu thuỷ, xe lửa điện… -Theo số vòng dây của cuộn sơ cấp máy biến dòng có hai kiểu: - Kiểu thanh hoặc một vòng dây. - Kiểu nhiều vòng dây. - Với máy biến dòng kiểu thanh góp chia làm hai loại: - M.b.d kiểu sứ xuyên. - Máy biến dòng lắp ráp trong các thiết bị khác. ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nguyễn Hùng Tiến- Lớp 3E2- K51 ĐH Bách Khoa Hà nội 4 Hình 1.2: Các kiểu thanh góp cuộn dây sơ cấp. a) 1 thanh góp hoặc ống dài xuyên qua lõi. b) Thanh hình chữ U c)1 nhánh xuyên qua cửa sổ lõi. - Theo vật liệu cách điện giữa các cuộn dây máy biến dòng có thể chia ra: - Bakelit. - Không khí và khí. - Giấy ngâm dầu. - Nhựa đúc. - Sứ cách điện . - Theo kết cấu máy BI - Kiểu ống dây. - Kiểu thanh góp. - Kiểu bình. - Theo tần số: - Tần số công nghiệp (50Hz) - Tần số biến thiên sử dụng trên tàu thủy. - Tần số 499 – 800Hz  Ta chọn máy biến dòng ngâm dầu 35KV có dạng như hình vẽ: ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nguyễn Hùng Tiến- Lớp 3E2- K51 ĐH Bách Khoa Hà nội 5 Hình 1.3: M.b.d ngâm dầu 35KV II. PHÓNG ĐIỆN VÀ TÍNH TOÁN CÁCH ĐIỆN. 1. Yêu cầu thiết kế. - M.b.d trung áp 35KV, sử dụng cách điện là giấy thấm dầu MBA - Sứ đầu vào cách điện kiểu giấy thấm dầu, có vành guốc cách điện. - Trạm ngoài trời. - Số vòng dây sơ cấp: loại 1 vòng dây(độ chính xác không yêu cầu cao và ít gây sai số) - Dòng định mức sơ cấp: 300A - Dòng định mức thứ cấp: 5A - Điện áp sơ cấp: 350KV - Độ chính xác theo tiêu chuẩn IEC – 185 cấp chính xác 5P(máy BI bảo vệ). - Công suất định mức: Sđm = 15VA - Sai số:0,5 2. Yêu cầu cách điện.  Trong thiết kế m.b.d yêu cầu phải đảm bảo cách điện: + Giữa các bộ phận mang điện và các bộ phận nối đất. + Giữa các bộ phận có điện thế khác nhau. ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nguyễn Hùng Tiến- Lớp 3E2- K51 ĐH Bách Khoa Hà nội 6 Mức độ cách điện phải phù hợp với tiêu chuẩn nhà nước, mức độ này đảm bảo khoảng cách cách điện cần thiết và kích thước của các chi tiết cách điện. Nếu khoảng cách cách điện quá lớn sẽ dẫn đến lãng phí vật liệu cách điện cũng như vật liệu chế tạo máy, dẫn tới giá thành sản xuất tăng. Nếu khoảng cách cách điện nhỏ, sẽ không đảm bảo an toàn cho máy(đảm bảo cho máy làm việc tốt trong khoảng từ (15 – 20 năm).  Yêu cầu cho vật liệu cách điện: - Phải có độ bền cao, chịu tác dụng của lực cơ học tốt, chịu nhiệt dẫn nhiệt lại ít thấm nước. - Gia công dễ dàng. - Chọn vật liệu cách điện để đảm bảo thời gian làm việc của máy trong 15 – 20 năm ở điều kiện làm việc bình thường. Đồng thời giá thành của máy cũng không cao. Việc chọn vật liệu cách điện trong máy điện có ý nghĩa quyết định tới tuổi thọ và độ tin cậy lúc vận hành của máy. Do vật liệu cách điện có nhiều chủng loại, kỹ thuật chế tạo vật liệu cách điện ngày càng phát triển, nên việc chọn kết cấu cách điện ngày càng khó khăn và thường phải chọn tổng hợp nhiều loại cách điện để thỏa mãn nhu cầu về cách điện. Vật liệu cách điện thường dùng nhiều loại vật liệu liên hợp lại như meca áp phiến, chất phụ gia(giấy hay sợi thủy tinh) và chất kết dính (sơn hay keo dán). Đối với vật liệu cách điện không những yêu cầu có độ bền cao, chế tạo dễ mà còn có yêu cầu về tính năng nhiệt: chịu nhiệt tốt, dẫn nhiệt tốt và chịu ẩm tốt. Vật liệu cách điện dùng trong máy điện hợp thành 1 hệ thống cách điện. Việc tổ hợp các vật liệu cách điện, việc dùng sơn hay keo để gắn chặt chúng lại, ảnh hưởng giữa các chất cách điện với nhau, cách gia công và tình trạng bề mặt vật liệu… sẽ quyết định tính năng về cơ, điện, nhiệt của hệ thống cách điện. Trong môi trường nhiệt đới, vật liệu phải chịu nhiệt, chịu ẩm tốt.  Đối với m.b.d cách điện yêu cầu gồm: + Giữa cuộn cao áp và hạ áp. + Giữa cuộn cao áp và mạch từ. + Giữa cuộn hạ áp và mạch từ. + Giữa đầu nối đất cuộn cao áp(sơ cấp) với kết cấu vỏ máy. ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nguyễn Hùng Tiến- Lớp 3E2- K51 ĐH Bách Khoa Hà nội 7 Môi trường cách điện trong máy biến dòng ngâm dầu là dầu máy biến áp kết hợp với điện môi rắn(các tong cách điện, bakelit, giấy vải cách điện). Điện môi rắn được sử dụng dưới hình thức lớp bọc, lớp cách điện và màn chắn. 3. Phóng điện trong điện môi lỏng (dầu máy biến áp). Dầu máy biến áp khi sách có độ bền điện rất cao, hàng trăm KV/cm. Tuy nhiên khi có tạp chất thì độ bền điện bị giảm sút rất nhanh và diễn biến của quá trình phóng điện chọc thủng khác hẳn so với chất lỏng sạch. Với dầu máy biến áp sạch, cơ chế phóng điện cũng tương tự như chất khí, các điện tử vốn có sẵn trong điện môi hoặc được giải thoát từ bề mặt điện cực dưới tác động của điện trường sẽ di chuyển và tích năng lượng. Sự va chạm của chúng với các phân tử chất lỏng sẽ gây ion hóa các phân tử chất lỏng và dẫn tới sự hình thành thác điện tử và tia lửa điện nối liền các bề mặt điện cực. Vì mật độ các phân tử ion trong chất lỏng rất lớn so với chất khí cho nên đoạn đường tự do của điện tử rất ngắn và do đó để gây ion hóa va chạm thì điện trường và điện áp tác dụng phải có trị số cao hơn nhiều so với số điện phóng trong chất khí. Khi chất lỏng có chứa tạp chất như bọc khí, ẩm , sợi tơ… phóng điện được giải thích bởi sự hình thành cầu nối dẫn điện giữa các điện cực. Xét trường hợp khi chất lỏng có chứa bọc khí, giả thiết có hình cầu như hình vẽ: Hình 1.4: Chất lỏng có chứa bọc khí. Do hằng số điện môi của chất khí bé hơn so với các chất lỏng nên cường độ điện trường của bọc khí tăng cao dẫn đến quá trình ion hóa các phần tử khí. Sự di chuyển của các điện tích khác dấu trong bọc khí do tác dụng của điện trường sẽ kéo theo sự biến dạng bọc khí từ hình cầu trở thành hình elip… và sự liên kết giữa nhiều bọc khí elip sẽ dẫn đến sự hình thành cầu dẫn điện nối giữa các điện cực. ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nguyễn Hùng Tiến- Lớp 3E2- K51 ĐH Bách Khoa Hà nội 8 Khi tạp chất là ẩm(hạt nước) hoặc sợi tơ cũng sẽ hình thành các cầu nối như trên khiến điện áp phóng điện chọc thủng giảm đi nhiều lần so với khi dầu sạch. Độ bền điện của dầu biến áp sạch có thể đạt tới 20 25KV/mm, nhưng chỉ cần 1 lượng ẩm nhỏ trong dầu vượt quá giới hạn 0,05% thì độ bền điện chỉ còn 4KV/mm tức là giảm 5 – 6 lần. Ở điện áp xung, độ bền điện hầu như không thay đổi cho dù là có tạp chất. Điều đó được giải thích bởi các cầu dẫn điện không kịp hình thành trong khoảng thời gian tác dụng của điện áp xung. Sự biến thiên của điện áp chọc thủng hầu như không thay đổi theo nhiệt độ t°C Hình 1.5: sự biến thiên của Uct theo t0C. Khi nhiệt độ không quá 800C Khi dầu bị Uct biến thiên, đạt max tại giá trị nào đó. Ngoài ra, ta cũng sử dụng kết hợp các vật liệu rắn, nên cũng có phóng điện gây ra trong điện môi rắn. Lớp bọc: là lớp vật liệu cách điện tương đối mỏng(lớp sơn hoặc giấy bọc có chiều dày không quá 1 – 2 mm). Tác dụng chủ yếu của nó là hạn chế sự hình thành các cầu dẫn điện trong dầu. Lớp cách: lớp cách điện khá dầy(hàng chục mm) quấn quanh dây dẫn, nó làm giảm cường độ trường ở xung quanh cực nên được sử dụng ở những nơi điện trường không đồng nhất như dùng dể bọc dây dẫn của cuộn dây. Màn chắn: thường dùng bìa cactong cách điện, bakelit. Khi đặt trong trường không đồng nhất tác dụng của màn chắn cũng tương tự như trong khe hở không khí: đặt trong khu vực trường cực đại có thể làm tăng điện áp phóng điện tần số công nghiệp lên 2 lần. Nhưng khi có màn chắn thì sự ion hóa ở khu vực có điện trường mạnh sẽ xuất hiện sớm trước khi phóng điện, tình trạng này kéo dài sẽ ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nguyễn Hùng Tiến- Lớp 3E2- K51 ĐH Bách Khoa Hà nội 9 không có lợi vì quá trình ion hóa kéo dài sẽ phân hóa dầu và phá hủy màn chắn. Chỉ sử dụng phương pháp này khi điện áp tác dụng trong 1 thời gian ngắn. G «n g tõ Lâi thÐp Hình 1.6: Kết cấu cách điện của máy biến dòng 110KV 1.Tấm chắn cách điện 2.Cuộn dây thứ cấp 3.ống cách điện 4. Cuộn Sơ cấp 4. Vật liệu cách điện.  Giấy cách điện Thí nghiệm ứng với dòng có tần số 50Hz Cường độ đánh thủng Số tờ giấy 1 lớp độ dầy của giấy mm độ dầy của lớp mm KV/mm ở 250C KV/mm ở 1000C 1 1 1 4 4 4 0,064 0,127 0,254 0,064 0,127 0,254 0,064 0,127 0,254 0,256 0,508 1,016 9,3 8,7 7,9 8,7 7,5 6,6 9,3 7,9 7,3 8,3 6,7 6,2 Bảng 1.1 ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nguyễn Hùng Tiến- Lớp 3E2- K51 ĐH Bách Khoa Hà nội 10 Khi ngâm trong dầu, hằng số điện môi của giấy thấm dầu vào khoảng . Ngoài ra còn dùng vải sơn, độ bền cách điện cho ở bảng sau: Cường độ đánh thủng Số tờ giấy mỗi lớp Chiều dầy KV/mm ở 250C KV/mm ở 1000C 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0,305 0,61 0,91 1,22 1,52 1,83 2,13 2,44 2,74 3,05 26,2 20,5 18,5 16,8 15,5 14,6 14 13,3 12,8 12,3 23,6 19,7 17,0 14,9 13,1 12,5 10,3 9,2 8,3 7,5 Bảng 1.2 Ngoài ra người ta còn dùng bìa cách điện, bề mặt có thể được làm nhẵn hay không nhẵn, loại tấm có chiều dày 0,3 ÷ 1,5mm. Loại cuộn có chiều dầy 0,1 ÷ 1mm. Giấy cáp: thường dùng của Nga ký hiệu K08, K12, K17 có chiều dày là 0,08; 0,12; 0,17. Trong m.b.d dùng nhiều loại K12, loại này có độ bền cơ cao. Khi có chiều rộng 15mm ứng suất kéo ngang 15Kg, ứng suất kéo dọc 7Kg. Giấy cách điện có năng lực hút dầu máy biến áp cao. Trước khi ngâm dầu giấy K12 có độ bền cao áp là 9KV/mm, sau khi ngâm dầu là 16Kv/mm. Loại giấy này dùng để quấn bọc dây dẫn dùng làm dây quấn BI, cách điện lớp, bọc tăng cường các đầu ra, đầu chuyển tiếp.  Tính toán khoảng cách cách điện: - Tính toán khoảng cách cách điện dựa vào điện áp phóng điện. - Gọi chiều cao sứ trụ là S1 . - Khoảng cách cách điện của cuộn cao áp với hạ áp : S2 ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nguyễn Hùng Tiến- Lớp 3E2- K51 ĐH Bách Khoa Hà nội 11 - Khoảng cách cách điện của cao áp với mạch từ là : S3 - Khoảng cách giữa cao áp – hạ áp với đất là : S4. Do Uđm = 35KV  ta test thang cách điện ở 110kV. Điện áp phóng điện khô với sứ trụ tra theo bảng 1 – 9 sách khí cụ điện cao áp với thang 110KV(trạm ngoài trời): Upđ1 = 315 KVhd Tra hình 1 – 15 trang 29 sách khí cụ điện cao áp với đường trung bình(đường 2)  S1 = 98cm. Các bộ phận của BI đều nằm trong dầu, vậy điện áp phóng điện giữa các bộ phận là: pđ2 dt. đm Theo hình 14 – 2 sách Thiết Kế MBA, ta có: + Khoảng cách cách điện cuộn cao áp – hạ áp với đất: S4 =185(mm) + Khoảng cách cuộn dây cao áp – hạ áp: S3 = 62mm Ta chọn có vành guốc cách điện, theo bảng 14 – 1 sách Thiết kế MBA: Khoảng cách giữa cuộn cao áp và hạ áp (theo công thức nội suy): Khoảng cách từ cuộn cao áp đến mạch từ (theo công thức nội suy): Để tiết kiệm chi phí, ta chọn khoảng cách giữa cuộn cao áp và hạ áp min nhất  S2 = 44,76(mm)  Tổng kết: - Chiều cao sứ trụ: S1 = 98cm - Khoảng cách cách điện cuộn cao áp với hạ áp: S2 = 44,76(mm) - Khoảng cách cách điện cuộn cao áp với mạch từ: S3 = 91,46(mm). - Khoảng cách cách điện cuộn cao áp – hạ áp với đất: S4 = 185(mm). ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nguyễn Hùng Tiến- Lớp 3E2- K51 ĐH Bách Khoa Hà nội 12 Chương 2 TÍNH TOÁN ĐIỆN TỪ I- CHỌN VẬT LIỆU TỪ. Người ta thường chọn các lá tôn mỏng khoảng 0,1 ÷ 0,35 mm chứa hàm lượng silic ( 0,5 ÷ 4,8 ℅ ) ghép lại làm lõi m.b.d. Chất lượng tôn silic ảnh hưởng nhiều đến cấp chính xác m.b.d. Hình 2.1 m.b.d kiểu bình dầu và m.b.d kiểu nhiều vòng dây, cách điện nhựa đúc, lõi thép dải băng quấn tròn. Trong sản xuất m.b.d thường sử dụng các loại tôn silic nêu trong bảng sau để làm lõi: ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nguyễn Hùng Tiến- Lớp 3E2- K51 ĐH Bách Khoa Hà nội 13 Kí hiệu cũ Kí hiệu mới Độ dầy mm Các đặc tính cơ bản Lĩnh vực sử dụng 4A 4AA 41 42 0,35 0,35 Tôn hợp kim cao, ở tần số 50 Hz tổn hao bình thường. Tôn hợp kim cao ở 50 Hz, tổn hao ít. Máy biến dòng đo lường và bảo vệ khi yêu cầu không cao, kích thước lớn. 2B 45 47 0,35 Tôn hợp kim cao cán nóng, ở trường yếu ( < 0,01, AV/cm) và trường trung bình ( 0,1 – 10 AV/cm ), độ từ thẩm bình thường. M.b.d đo lường khi các đặc tính yêu cầu tăng cường. 3B 46 48 0,35 Tôn hợp kim cao, cán nóng, ở trường yếu và trung bình độ từ thẩm cao. M.b.d đo lường khi các đặc tính yêu cầu tăng cường. XB 310 0,35 Tôn hợp kim tăng cường cán nguội, ở 50 Hz tổn hao bình thường, trong trường mạnh độ từ thẩm bình thường. M.b.d đo lường và bảo vệ có cấp chính xác cao và kích thước nhỏ. XT18 XT18,5 320 330 0,35 0,35 Tôn hợp kim tăng cường cán nguội, ở 50 Hz tổn hao ít, trong trường mạnh độ từ thẩm cao. Tôn hợp kim tăng cường cán nguội, ở 50 Hz tổn hao rất ít, trong trường mạnh độ từ thẩm cao. M.b.d bảo vệ có cấp chính xác cao và kích thước nhỏ. Bảng 2.1 – Các loại tôn thường sử dụng làm lõi m.b.d ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nguyễn Hùng Tiến- Lớp 3E2- K51 ĐH Bách Khoa Hà nội 14  Các loại tôn silic để làm lõi bi phải có những tính chất sau: Với cường độ từ cảm nhỏ khoảng vài phần nghìn tesla độ từ thẩm phải cao. Tính chất này cho phép có được sai số nhỏ và đặc BIệt quan trọng đối với m.b.d đo lường. Để đảm bảo cho m.b.d bảo vệ có bội số 10℅ lớn yêu cầu độ bão hòa cao. Độ từ thẩm cao và không đổi trong khoảng rộng. Tổn hao suất trong tôn nhỏ. Song, những yêu cầu trên còn phải thỏa mãn tính kinh tế. Nếu có được những đặc tính tốt mà tăng trọng lượng và kích thước, giá thành cao thì cũng không phải phương án tối ưu. Đối với yêu cầu về m.b.d loại này chọn loại tôn M6T35, hãng terni societa per L’industria et L’electicita theo sáng chế của hãng Armco, dày 35 mm, suất tổn hao ρ15 =1,11(W/kg), cách điện bằng Carlite. ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nguyễn Hùng Tiến- Lớp 3E2- K51 ĐH Bách Khoa Hà nội 15 II- TÍNH TOÁN ĐIỆN TỪ. Các thông số ban đầu: + Dòng điện sơ cấp AI dm 3001  + Dòng điện sơ cấp AI dm 52  + Điện áp sơ cấp định mức KVU dm 351  + Tải thứ cấp định mức VAS dm 152  + Cấp chính xác P5 1. Số vòng dây quấn. Trong M.B.D, năng lượng được lấy từ phía sơ cấp cấp cho phía thứ cấp và một phần từ hóa lõi thép Theo định luật toàn dòng điện ta có: 221011 wIwIwI   Hình 2.2 - đồ thị véc tơ 0i là dòng từ hóa lõi thép. Xét về trị số, do thông thường góc ō rất nhỏ nên: 221011 wIwIwI  Trong trường hợp lý tưởng, dòng từ hóa 0I = 0. Áp dụng cho tính toán sơ bộ: 2211 wIwI dmdm  → dm dm I wIw 2 11 2  Giá trị của sức từ động 11 wI dm có ảnh hưởng đến sai số của máy biến dòng. Giá trị này càng tăng thì sai số càng nhỏ, nhưng sẽ tăng kích thước M.b.d. Thông thường, ta chọn sức từ động trong khoảng 600÷900 Avòng để đảm bảo cả hai yếu tố trên. ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nguyễn Hùng Tiến- Lớp 3E2- K51 ĐH Bách Khoa Hà nội 16 Máy biến dòng cần thiết kế là dùng để đo lường, cần cấp chính xác cao, chọn )(60011 AvongwI dm  )(2 300 600 1 vongw  )(120 5 600 2 11 2 vongI wIw dm dm  2. Xác định kích thước lõi thép. Giá trị hiệu dụng của sức điện động thứ cấp được xác định theo công thức 1-3b, trang 14 sách Máy Điện1. mwfE  22 44,4 Mặt khác: SBmm  Suy ra : mm Bw E Bwf ES       2 2 3 2 2 105,4 44,4 Trong đó: W2 Số vòng dây quấn thứ cấp Φm Từ thông chính Bm mật độ từ cảm (lấy trong khoảng 0,05÷0,08T) E2 Sức điện động thứ cấp S Tiết diện lõi thép Sức điện động thứ cấp bao gồm sụt áp trên tải u2 và sụt áp trên cuộn thứ cấp với điện trở r2, x2. Ta có: )( 22222 jxrIUE   )( 222 jxrjxrI tt   )(( 222 xxjrrI tt   Về trị số: 222222 )()( xxrrIE tt  Trong tính toán sơ bộ có thể lấy gần đúng r2 ≈ rt, x2 ≈xt ttt ZIxrIE 2 22 22 22  Tổng trở phụ tải của BI )(6,0 5 15 22  t tdm t t t I S I UZ )(66,0.5.22 VE  ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nguyễn Hùng Tiến- Lớp 3E2- K51 ĐH Bách Khoa Hà nội 17 Chọn mật độ từ cảm Bm = 0,07 (T). Thay số vào biểu thức tính tiết diện lõi thép ta được: )(10.214,3 07,0.120 6.10.5,4 233 mS    Chọn kích thước và chiều dày lõi thép: Mạch từ có dạng hình xuyến, đường kính trong và ngoài lần lượt là d và D, chiều dày b. Việc chọn mạch từ hình xuyến có ưu điềm là phân bố từ trường đều, việc chế tạo và lắp ghép dễ dàng (người ta chế tạo lá thép thành những dải băng rồi quấn lại), do đó giảm được khe hở không khí trong mạch từ. Chiều dày b của lõi thép tính theo công thức 7-4 sách khí cụ điện cao áp: ekdD Sb )( 2   - Ke hệ số ép chặt các lá tôn, thường lấy 0,8÷0,85.  Chọn sơ bộ: D = 30 cm D = 20 cm Ke = 0,8 ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nguyễn Hùng Tiến- Lớp 3E2- K51 ĐH Bách Khoa Hà nội 18 )(35,7)(10.5,73 8,0.10).1030( 10.214,3.2 3 2 3 cmmb       3. Thiết kế dây quấn. Chọn dây dẫn bằng đồng. a. Dây quấn sơ cấp. Dây quấn sơ cấp có dòng điện và điện áp lớn nên ta dùng dây dẫn tiết diện hình chữ nhật.Do dây loại này có những ưu điểm sau: Dễ chế tạo, lắp ghép đơn giản, hiệu ứng mặt ngoài nhỏ khi tiết diện bé, mômen chống uốn lớn. Tuy nhiên, nếu ghép nhiều dây bẹt với nhau thì không có lợi vì tiết diện dây tăng nhưng dòng tăng ít, ứng suất trong thanh tăng và lực điện động giữa các thanh tăng Ta ghép 2 dây hình chữ nhật làm 1 để tải được dòng lớn Tiết diện dây sơ cấp: j Iq 11  Với j là mật độ dòng điện, tra trong bảng 7-4a sách khí cụ điện cao áp, với công suất BIểu kiến )(62,60 3 35.300 kVAS  Ta được j = 2,7 (A/mm2) )(1,111 7,2 300 21 2 mmj Iq  Dây quấn thứ cấp: Với dòng thứ cấp I2 = 5 A, chọn mật độ dòng điện j = 2 A/mm )(5,2 2 5 22 2 mmj Iq  Tra bảng 7-5 trang 222 sách khí cụ điện cao áp chọn loại dây dẫn tròn có q2 = 2,57mm2, đường kính Φ = 1,81mm, cách điện 2 phía của dây là 2ō= 0,4mm Cuộn thứ cấp cuốn tập trung 1 lớp. 4. Khoảng cách cách điện, kích thước cuộn dây sơ cấp. Dây sơ cấp hình chữ nhật được ghép từ 2 sợi có tiết diện: )(55,55 2 1,111 2 21 mmq  ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nguyễn Hùng Tiến- Lớp 3E2- K51 ĐH Bách Khoa Hà nội 19 Tra bảng 7-6 trang 233 sách khí cụ điện cao áp (hoặc bảng 44-10 trang 640 sách thiết kế máy BIến áp) về kích thước và tiết diện dây dẫn hình chữ nhật. Ta chọn được dây dẫn có kích thước )(87 mmba  Tiết diện chưa kể cách điện của dây: s = 55,2 (mm2) Chiều dày cách điện 2 phía : 2ō = 1,93 (mm) Sau khi chập 2 sợi dây, quấn 1 lớp cách điện dày 0,2 mm bao quanh. Ta có kích thước dây quấn sơ cấp sau khi quấn cách điện là: )(25,122,0.293,1.28 mma  )(12,222,0.293,1.47.2 mmb  Hình 2.4 - Kết cấu dây quấn sơ cấp Cuộn sây sơ cấp được quấn 2 vòng, giữa 2 vòng dây đặt bìa cách diện có bề dày 44,76-2.(1,93+0,2)=40,5(mm) Dây quấn sơ cấp được quấn trên 1 ống phíp đã được lồng vào mạch từ để đảm bảo khoảng cách cách điện giữa cao ap – mạch từ. Kích thước ống phíp: )(3,2352 )(3,2572 3 3 cmsa cmsb   l ≥ 2 × 2,212 +4,05 = 8,47 (cm) → Chọn l = 10 (cm). ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nguyễn Hùng Tiến- Lớp 3E2- K51 ĐH Bách Khoa Hà nội 20 Hình 2.4 - Ống phíp 5. Điện trở dây sơ cấp. Diện trở dây sơ cấp gồm 2 thành phần: phần đầu nối đến cuộn dây quấn và phần dây quấn trực tiếp lên mạch từ (Rmt) mtđnsc RRR  a) Điện trở đầu nối. 1 . q l R đnđn    Trong đó: + ρ là điện trở suất của dây dẫn + q1 là tiết diện của dây dẫn thứ cấp + lđn chiều dài phần dầu nối của dây dẫn sơ cấp với )(59,1)(159)5,1898.(2).(2 42 mcmsslđn  )(10.1,3 4,111 59,1.0217,0 4  đnR b)Điện trở dây dẫn trên mạch từ. Chiều dài trung bình của 1 vòng dây: mbaltb .).(2  Với a = 23,3 (cm) b = 25,3 (cm) m = 22,12 (mm) = 2,212 (cm) → )(0415,1)(15,104212,2.)3,253,23.(2 mcmltb   ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nguyễn Hùng Tiến- Lớp 3E2- K51 ĐH Bách Khoa Hà nội 21 Điện trở phần dây quấn trên mạch từ: )(10.06,4 4,111 0415,1.0217,0.2 . .2 4 1   q l R tbmt  → )(10.16,710).06,41,3( 44  mtđnsc RRR 6. Xác định kích thước cuộn thứ cấp. Cuộn thứ cấp có dòng nhỏ, được cách điện với mạch thứ cấp bằng giấy cách điện và bìa cách điện giày 2mm. Đối với cuộn thứ cấp ta có thể cuốn theo nhiều cách: quấn rải tập trung, quấn rải phân tán hoặc cuồn theo lớp. Nhưng phải lựa chọn cách quấn phù hợp để vừa dễ quấn lại vừa đảm bảo khoảng cách cách điện với cuộn cao áp (cũng quấn trên mạch từ). Ở đây ta chọn phương pháp quẫn rải tập trung 1 lớp Dây dẫn tiết diện q2 = 2,57 (mm2), Φ = 1,81 (mm), 2ō = 0,4 (mm). Chiều dài cuộn dây thứ cấp chiếm chỗ trên mạch từ: )(12,24)(2,24101,2.1202 cmmml  Chọn cách điện ngoài cùng để bọc dây quấn thứ cấp là 2mm Chiều dài trung bình 1 vòng dây thứ cấp là: )(24694,0)(94,246)24,081,1()7050.(22 mmml tb   Vậy điện trở cuộn thứ cấp là: )(25,0120. 57,2 24694,0.0217,0. . 2 2 2  w p l R tbtc  ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nguyễn Hùng Tiến- Lớp 3E2- K51 ĐH Bách Khoa Hà nội 22 7. Điện kháng.  Điện kháng cuộn sơ cấp. Điện kháng cuộn thứ cấp tính theo công thức sumec (theo sách khí cụ điện cao áp công thức 7-13 trang 226) )(10)}.(3)]lg(.)lg(..[2,9.{..2. 9211     BA da AB da BAwfKX  Trong đó: A, B, a, và d là kích thước cuộn dây sơ cấp (cm). W1 là số vòng dây cuộn sơ cấp K là hệ số phụ thuộc vào kết cấu BI ở những kết cấu mà cuộn dây sơ cấp bị bao bởi các chi tiết là vật liệu từ tính (thép, gang) thì k = 2, còn đối với trường hợp khác k = 1. ở đây mạch từ bằng thép có từ tính nên k = 2 A = 25,3 + 2.2,212 = 29,724 (cm) B = 23,3 + 2.2,212 = 27,724 (cm) a = 2,212 (cm) d = 1,226 (cm) → 921 10)].724,27724,29.(3.2,9.[2.50.2.2  MX  ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nguyễn Hùng Tiến- Lớp 3E2- K51 ĐH Bách Khoa Hà nội 23 Với : 92,52 ) 226,1212,2 724,29lg(.724,27) 226,1212,2 724,27lg(.724,29 )lg()lg(.          da AB da BAM Vậy 921 10).448,57.392,52.2,9.(2.50..4  X )(10.657,1 3    Điện kháng cuộn thứ cấp. Theo công thức 7-12 sách khí cụ điện cao áp )(360lg.10..)87,6( 6222    wHX α là góc tạo thành bởi cuộn dây thứ cấp quấn trên lõi xuyến 0 11 3,128360. 20. 120.01,2.10360. . 120.01,2.10     d H là độ dài qui đổi của từ trường tản, phụ thuộc vào đường kính trong d của lõi hình xuyến. H được lấy theo quan hệ: d [mm] H < 180 a 150÷ 400 a+b >400 a+2b Do d=20 cm = 200 mm. → H = a+b a = 7 + 2.0,201 = 7,402 (cm) b = 5 + 2.0,201 = 5,402 (cm) → H = 7,402 + 5,402 = 12,804 (cm) Do đó: )(6133,0 360lg.10.120.804,12.8 622     X ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nguyễn Hùng Tiến- Lớp 3E2- K51 ĐH Bách Khoa Hà nội 24 Hình 2.7: Lõi từ hình xuyến 8. Trọng lượng sắt sử dụng. Khối lượng sắt tính bằng thể tích của sắt nhân với trọng lượng riêng của sắt FeFeFe mVM . Trong đó VFe là thể tích của khối mạch từ mFe là khối lượng riêng của sắt ( mFe = 7,8 kg/dm3) )(749,2)(27497). 4 20 4 30.(). 44 .( 33 2222 dmcmbdDVFe   MFe = 7,8.2,749 = 21,442 (kg) 9. Khối lượng đồng.  Khối lượng dây quấn sơ cấp. cucucu mVM .11  ).(11 mtđncu llqV  Với lđn = 1,59 (m) lmt = 2.ltb = 2.1,045 = 2,083 (m2) q1 = 111,4 (mm2) = 111,4.10-6 (m2) mcu = 8900 (kg/m3) Mcu1 = 8900.111,4.10-6.(1,59 + 2,083) = 3,64 (kg)  khối lượng dây quấn thứ cấp. cucucu mVM .22  222 .qlVcu  ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nguyễn Hùng Tiến- Lớp 3E2- K51 ĐH Bách Khoa Hà nội 25 q2 = 2,57 (mm2) l2 = l2tb.w2 = 0,24694.120 = 29,633 (m) )(10.16,76633,29.10.57,2 3662 mVcu   6 22 10.16,76.8900.  cucucu mVM = 6,78 (kg). ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nhóm 3- Lớp TBD2- K51 Đại học Bách Khoa Hà nội 26 Chương 3 SAI SỐ CỦA BIẾN DÒNG I- TÍNH TOÁN SAI SỐ. 1. Cấp chính xác của máy biến dòng. Đối với CT cấp chính xác thể hiện ở mức độ sai số về dòng điện và góc pha, là một chỉ tiêu quan trọng. Cấp chính xác này được xác định theo tiêu chuẩn qui định của nhà nước. Tiêu chuẩn của Liên Xô quy định về cấp chính xác của CT có thể tham khảo hình 7-15, 7-16 trang 227 sách Khí Cụ Điện Cao Áp. Với đề tài đang thiết kế CT có cấp chính xác 5P. Đặc tuyến sai số của CT ứng với cấp chính xác của mình của mình phải nằm trọn vẹn trong vùng cho phép. Nếu 1 phần hoặc toàn bộ đặc tuyến nằm ngoài giới hạn quy định thì phải tiến hành hiệu chỉnh sai số. 2. Đồ thị vectơ và sai số của máy biến dòng. Hình 3.1 - Sơ đồ thay thế Ta đặt 1dm 2 dm 2dm 1 I WK 60 I W    . Ta kí hiệu : + . . . 1 1 1Z R jX  là tổng trở cuộn dây thứ cấp 1W . + . . . 2 2 2Z R jX  là tổng trở cuộn dây thứ cấp 2W . ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nhóm 3- Lớp TBD2- K51 Đại học Bách Khoa Hà nội 27 + . . 2 22 dmZ ' Z / K là tổng trở quy đổi phía sơ cấp. + . . . t t tZ R jX  là tổng trở phụ tải nối vào thứ cấp. + . . 2 tt dmZ ' Z / K là tổng trở phụ tải quy đổi. . oI - dòng điện từ hóa lõi thép. . 1I - dòng điện sơ cấp. . 2I '- dòng điện thứ cấp quy đổi. . 2E '- sức điện động thứ cấp quy đổi. Từ sơ đồ thay thế ta có: . 1I = . oI +(- . 2I ')       . . . . 2 '2 2 2 2 t t 2 2 2 2E ' R ' jX ' I ' R ' jX ' I ' R ' jX ' I ' U       Với . 2 'U =  t t 2R ' jX ' I ' là điện áp thứ cấp quy đổi. Dựa vào các phương trình trên, ta dựng đồ thị vectơ của M.B.D như sau : Dựng vectơ OA  biểu thị dòng . 2I '; OD  biểu thị vectơ . 2 2R '.I ' ; vectơ . 2 2j.X '.I ' vuông góc với . 2I ' được biểu diễn bởi DE  ; OE  là vectơ . 2 'U . Tương tự ta dựng các vectơ . t 2R '.I ' , . t 2j.X '.I ' ; vectơ . 2'E là vectơ OF  . ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nhóm 3- Lớp TBD2- K51 Đại học Bách Khoa Hà nội 28 Hình 3.2 Đồ thị vectơ của CT Sức điện động . 2E ' do từ thông Ф trong lõi thép sinh ra , do đó Ф chậm sau . 2E ' một góc π/2.Ta có Ф do . oI sinh ra lệch nhau một góc ψ quyết định bởi tổn thất do dòng từ hóa lõi thép và dòng điện xoáy. Góc tổn hao ψ tìm được dựa vào đường cong góc tổn hao H7-10 sách KCĐCA. Dựa vào đồ thị ta có : * Góc lệch pha giữa sđđ . 2E ' và dòng điện . 2I ' : 2 2 2 t 2 t 2 2 2 t 2 t I '.X I '.X X Xactg arctg I '.R I '.R R R        * Từ thông Ф được xác định theo công thức : 3 2 2Ф 4,5.10 .E / W  * Sai số về dòng điện tính theo công thức : dm 2 1 2 1 1 1 K I I I ' II I I      Hay OA' OB A'CI OB OB     vì góc δ rất nhỏ . Ta có A’C= oI .sin(α+φ) và OB= 1I suy ra :  o 1 II sin I       ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nhóm 3- Lớp TBD2- K51 Đại học Bách Khoa Hà nội 29 Dấu ‘-‘ thể hiện máy biến dòng thường làm việc với phụ tải trở cảm. * Sai số góc δ=sinδ=CB/OB=  o 1 I cos I    rad . Hay δ=  0 1 I3438. .cos I    (') Tổng trở phụ tải thay đổi thì sai số CT cũng có nhưng giá trị khác nhau.Phụ tải càng lớn thì sai số CT càng nhiều. 2.1 - Sai số của máy biến dòng với dòng điện 1 1dmI I  Theo số liệu đã tính toán chương II: 2 2 tR 0,25 ;X 0,6133 ;Z 0,6      Giả thiết phụ tải thứ cấp của máy biến dòng có cos=0,85 Suy ra Rt=ZT.cos=0,85.0,6=0,51() XT=ZT.sin=0,6.0,527=0,316() Theo công thức ta có :  2 . 2 .. ..2 XIjE I2.R2+j.I2.Xt+I2.Rt=j.5.(0,6133+0,316)+5.(0,25+0,51)= 4,646+3,8=6. 02 2 2 t 2 2 2 t I .X I .Xactg 50,72 I .R I .R      Véc tơ từ thông  sớm pha hơn s.đ.đ E2 một góc 900 và theo công thức trang 41 sách máy điện 1 ta có )50.44,4.( 2 2 W E   2 3 2 10..5,4 W E   chọn W1=2 suy ra )(120.¦ 1 2 1 2 VongWI IW  3 34,5.10 .6 0,225.10 (wb) 120     với F=50Hz S=32,14 cm2. Suy ra: 3 3 0,225.10B 0.07 S 3,214.10       T. Với loại tôn M6T35 Tra đồ thị đường cong từ hoá hình 44-13 sách Thiết kế máy biến áp (Tác giả Phạm Văn Bình Và Lê Văn Doanh). B=0,07 H=2,75 Avòng/m ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nhóm 3- Lớp TBD2- K51 Đại học Bách Khoa Hà nội 30 H=0,0275Avòng/cm.Với H trên tra ở hình7-10 sách khí cụ điện cao áp tra ra góc tổn hao từ hoá =130. Áp dụng định luât toàn dòng điện I0W1=H.LTB. Trong đó LTB là chiều dài trung bình của đường sức từ     TB D d 30 20 L 78,5 2 2        cm W1 =2 số vòng dây sơ cấp dòng điện từ hóa lõi thép I0=0,0275.78,5/2=1,079(A) Sai số tính theo đơn vị % sẽ là : 100).sin(100. 11 10 11 1122     WI WI WI WIWI I 1,079I sin(50,72 13).100 0,323% 300      Dấu trừ ở trước biểu thức thể hiện m.b.d làm việc ở phụ tải trở cảm. Vì góc  thường rất nhỏ (<20) nên có thể lấy sin(). Sai số góc xác định theo công thức: ))(cos(sin 11 10 rad WI WI OC BC   1,079sin cos(50,72 13).3438 5,475' 300       2.2 - Sai số của máy biến dòng ở 1 1dmI / I 10% Ta có : I1/I1đm=10% suy ra I1=300.10/100=30(A) I2=I1/60=0,5(A)  2 . 2 .. ..2 XIjE I2.R2+j.I2.Xt+I2.Rt=j.0.5.(0,25+0,51)+0,5.(0,6133+0,316)= 0,38+j.0,4646=0,6 02 2 2 t 2 2 2 t I .X I .Xactg 50,72 I .R I .R      véc tơ từ thông  sớm pha hơn s.đ.đ E2 một góc 900 và theo công thức trang 41 sách máy điện 1 ta có. )50.44,4.( 2 2 W E   2 3 2 10..5,4 W E   chọn W1=2 suy ra )(120.¦ 1 2 1 2 VongWI IW  ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nhóm 3- Lớp TBD2- K51 Đại học Bách Khoa Hà nội 31 3 34,5.10 .0,6 0,0225.10 (wb) 120     với F=50Hz S=32,14 cm2. Suy ra: 3 3 0,0225.10B 0.007 S 3,214.10       T Với loại tôn M6T35 Tra đồ thị đường cong từ hoá hình 44-13 sách Thiết kế máy biến áp (Tác giả Phạm Văn Bình Và Lê Văn Doanh). B=0,007 H=0,62 Avòng/m H=0,0062Avòng/cm.Với H trên tra ở hình7-10 sách khí cụ điện cao áp tra ra góc tổn hao từ hoá =110. Áp dụng định luât toàn dòng điện I0W1=H.LTB. Trong đó LTB là chiều dài trung bình của đường sức từ     TB D d 30 20 L 78,5 2 2        cm W1 =2 số vòng dây sơ cấp dòng điện từ hóa lõi thép I0=0,0062.78,5/2=0,2434(A) Sai số tính theo đơn vị % sẽ là : 100).sin(100. 11 10 11 1122     WI WI WI WIWI I 0,2434I sin(50,72 11).100 0,7% 30      Dấu trừ ở trước biểu thức thể hiện m.b.d làm việc ở phụ tải trở cảm. Vì góc  thường rất nhỏ (<20) nên có thể lấy sin(). Sai số góc xác định theo công thức: ))(cos(sin 11 10 rad WI WI OC BC   0,2434sin cos(50,72 11).3438 13,2' 30       2.3 - Sai số của máy biến dòng ở 1 1dmI / I 20% Ta có : I1/I1đm=20% suy ra I1=300.20/100=60(A) I2=I1/60=1(A)  2 . 2 .. ..2 XIjE I2.R2+j.I2.Xt+I2.Rt=j.1.(0,25+0,51)+1.(0,6133+0,316)= ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nhóm 3- Lớp TBD2- K51 Đại học Bách Khoa Hà nội 32 0,76+j.0,9293=1,2 02 2 2 t 2 2 2 t I .X I .Xactg 50,72 I .R I .R       véc tơ từ thông sớm pha hơn s.đ.đ E2 một góc 900 và theo công thức trang 41 sách máy điện 1 ta có )50.44,4.( 2 2 W E   2 3 2 10..5,4 W E   chọn W1=2 suy ra 12 1 2 . 120( )IW W Vong I   3 34,5.10 .1,2 0,045.10 (wb) 120     với F=50Hz S=32,14 cm2. Suy ra: 3 3 0,045.10B 0.014 S 3,214.10       T Với loại tôn M6T35 Tra đồ thị đường cong từ hoá hình 44-13 sách Thiết kế máy biến áp (Tác giả Phạm Văn Bình Và Lê Văn Doanh). B=0,014 H=0,9 Avòng/m H=0,009Avòng/cm.Với H trên tra ở hình7-10 sách khí cụ điện cao áp tra ra góc tổn hao từ hoá =110. Áp dụng định luât toàn dòng điện I0W1=H.LTB. Trong đó LTB là chiều dài trung bình của đường sức từ     TB D d 30 20 L 78,5 2 2        cm W1 =2 số vòng dây sơ cấp dòng điện từ hóa lõi thép I0=0,009.78,5/2=0,353(A) Sai số tính theo đơn vị % sẽ là : 100).sin(100. 11 10 11 1122     WI WI WI WIWI I 0,353I sin(50,72 11).100 0,518% 60       Dấu trừ ở trước biểu thức thể hiện m.b.d làm việc ở phụ tải trở cảm. Vì góc  thường rất nhỏ (<20) nên có thể lấy sin(). Sai số góc xác định theo công thức: ))(cos(sin 11 10 rad WI WI OC BC   ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nhóm 3- Lớp TBD2- K51 Đại học Bách Khoa Hà nội 33 0,353sin cos(50,72 11).3438 9,583' 60       2.4 - Sai số của máy biến dòng ở 1 1dmI / I 40% Ta có : I1/I1đm=40% suy ra I1=300.40/100=120(A) I2=I1/60=2(A)  2 . 2 .. ..2 XIjE I2.R2+j.I2.Xt+I2.Rt=j.2.(0,25+0,51)+2.(0,6133+0,316)= 1,52+j.1,86 =2,4 02 2 2 t 2 2 2 t I .X I .Xactg 50,72 I .R I .R      véc tơ từ thông sớm pha hơn s.đ.đ E2 một góc 900 và theo công thức trang 41 sách máy điện 1 ta có )50.44,4.( 2 2 W E   2 3 2 10..5,4 W E   chọn W1=2 suy ra )(120.¦ 1 2 1 2 VongWI IW  3 34,5.10 .2,4 0,09.10 (wb) 120     với F=50Hz S=32,14 cm2. Suy ra: 3 3 0,09.10B 0.028 S 3,214.10       T Với loại tôn M6T35 Tra đồ thị đường cong từ hoá hình 44-13 sách Thiết kế máy biến áp (Tác giả Phạm Văn Bình Và Lê Văn Doanh). B=0,028 H=1,4 Avòng/m H=0,014Avòng/cm.Với H trên tra ở hình7-10 sách khí cụ điện cao áp tra ra góc tổn hao từ hoá =11,50. Áp dụng định luât toàn dòng điện I0W1=H.LTB. Trong đó LTB là chiều dài trung bình của đường sức từ     TB D d 30 20 L 78,5 2 2        cm W1 =2 số vòng dây sơ cấp dòng điện từ hóa lõi thép I0=0,014.78,5/2=0,5495(A) Sai số tính theo đơn vị % sẽ là : 100).sin(100. 11 10 11 1122     WI WI WI WIWI I ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nhóm 3- Lớp TBD2- K51 Đại học Bách Khoa Hà nội 34 0,5495I sin(50,72 11,5).100 0,405% 120       Dấu trừ ở trước biểu thức thể hiện m.b.d làm việc ở phụ tải trở cảm. Vì góc  thường rất nhỏ (<20) nên có thể lấy sin(). Sai số góc xác định theo công thức: ))(cos(sin 11 10 rad WI WI OC BC   0,5495sin cos(50,72 11,5).3438 7,436' 120       2.5 - Sai số của máy biến dòng ở dòng điện 1 1dm I I = 60%. 1 1dm I I = 60%  1I = 1dmI .60% = 300.60% = 180 (A)  2I = 1 dm I k = 180 60 = 3(A)  2E = 2I .( 2R + tR ) + j. 2I .( 2x + tx ) =3.0,76 + j.3.0,9293 =2,28 + j.2,7879 = 3,6 050,72 (V) Từ thông Ф: Ф = 3 24,5.10 . 120 E = 34,5.10 .3,6 120  =0,135. 310 (Wb) T ừ cảm B : B = Ф S = 3 3 0,135.10 3,214.10   = 0,042 (T) Tra đường cong từ hoá ta được H = 1,8 (A.vòng/m) = 0,018 (A.v òng/cm) Tra đồ thị hình 7-10 sách KCCA,v ới H = 0,018 (A.vòng/cm) ta được góc tổn hao = 012 . Dòng điện từ hoá: 0I = 1 . w tbH l = 0,018.78,5 2 = 0,7065 (A) Sai số về dòng điện: %I = - 0 1 I I .sin(α + ).100 = - 0,7065 180 .sin(50,72 + 12).100 =-0,35(%). ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nhóm 3- Lớp TBD2- K51 Đại học Bách Khoa Hà nội 35 Sai số góc: δ= 3438. 0 1 I I .c os( + α) = 3438. 0,7065 180 .c os( 062,72 ) =6,185’. 2.6 - Sai số của máy biến dòng ở dòng điện 1 1dm I I = 80%. Ta có : 1 1dm I I = 80%  1I = 1dmI .80% = 300.0% = 240 (A)  2I = 1 dm I k = 240 60 = 4(A)  2E = 2I .( 2R + tR ) + j. 2I .( 2x + tx ) =4.0,76 + j.4.0,9293 =3,04 + j.3,72 = 4,8 050,72 (V) Từ thông Ф: Ф = 3 24,5.10 . 120 E = 34,5.10 .4,8 120  =0,18. 310 (Wb) T ừ cảm B : B = Ф S = 3 3 0,18.10 3,214.10   = 0,056 (T) Tra đường cong từ hoá ta được H = 2,4 (A.vòng/m) = 0,024 (A.v òng/cm) Tra đồ thị hình 7-10 sách KCCA,v ới H = 0,024 (A.vòng/cm) ta được góc tổn hao =. 013 Dòng điện từ hoá: 0I = 1 . w tbH l = 0,024.78,5 2 = 0,942 (A) Sai số về dòng điện: %I = - 0 1 I I .sin(α + ).100 = - 0,942 240 .sin(50,72 + 13).100 =-0,351(%). Sai số góc: δ= 3438. 0 1 I I .c os( + α) = 3438. 0,942 240 .cos( 050,52 + 013 ) =6,02’. ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nhóm 3- Lớp TBD2- K51 Đại học Bách Khoa Hà nội 36 2.7 - Sai số của máy biến dòng ở dòng điện 1 1dm I I = 120%. 1 1dm I I = 120%  1I = 1dmI .120% = 300.120% = 360 (A)  2I = 1 dm I k = 360 60 = 6(A)  2E = 2I .( 2R + tR ) + j. 2I .( 2x + tx ) =6.0,76 + j.6.0,9293 =4,56 + j.5,5758 = 7,2 050,72 (V) Từ thông Ф: Ф = 3 24,5.10 . 120 E = 34,5.10 .7, 2 120  =0,27. 310 (Wb) T ừ cảm B : B = Ф S = 3 3 0,27.10 3,214.10   = 0,084 (T) Tra đường cong từ hoá ta được H = 3,2 (A.vòng/m) = 0,032 (A.v òng/cm) Tra đồ thị hình 7-10 sách KCCA,v ới H = 0,032 (A.vòng/cm) ta được góc tổn hao = 013,5 . Dòng điện từ hoá: 0I = 1 . w tbH l = 0,032.78,5 2 = 1,256 (A) Sai số về dòng điện: %I = - 0 1 I I .sin(α + ).100 = - 1, 256 360 .sin(50,72 + 13,5).100 =-0,314(%). Sai số góc: δ= 3438. 0 1 I I .c os( + α) = 3438. 1, 256 360 .cos( 064,02 ) =5,25’. 2.8 - Sai số của máy biến dòng ở dòng điện 1 1dm I I = 140%. 1 1dm I I = 140%  1I = 1dmI .140% = 300.140% = 420 (A) ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nhóm 3- Lớp TBD2- K51 Đại học Bách Khoa Hà nội 37  2I = 1 dm I k = 420 60 = 7(A)  2E = 2I .( 2R + tR ) + j. 2I .( 2x + tx ) =7.0,76 + j.7.0,9293 =5,32 + j.6,5051 = 8,4 050,72 (V) Từ thông Ф: Ф = 3 24,5.10 . 120 E = 34,5.10 .8, 4 120  =3,15. 410 (Wb) T ừ cảm B : B = Ф S = 4 3 3,15.10 3,214.10   = 0,098 (T) Tra đường cong từ hoá ta được H = 3,8(A.vòng/m) = 0,038(A.v òng/cm) Tra đồ thị hình 7-10 sách KCCA,v ới H = 0,038 (A.vòng/cm) ta được góc tổn hao = 014 . Dòng điện từ hoá: 0I = 1 . w tbH l = 0,038.78,5 2 = 1,4915(A) Sai số về dòng điện: %I = - 0 1 I I .sin(α + ).100 = - 1,4915 420 .sin(50,72 + 14).100 =-0,321(%). Sai số góc: δ= 3438. 0 1 I I .cos( + α) = 3438. 1,4915 420 .cos( 064,72 )=5,21 ' 2.9 - Sai số của máy biến dòng ở dòng điện 1 1dm I I = 160%. 1 1dm I I = 160%  1I = 1dmI .160% = 300.160% = 480 (A)  2I = 1 dm I k = 480 60 = 8(A)  2E = 2I .( 2R + tR ) + j. 2I .( 2x + tx ) =8.0,76 + j.8.0,9293 =6,08 + j.7,43 = 9,6 050,72 (V) Từ thông Ф: Ф = 3 24,5.10 . 120 E = 34,5.10 .9,6 120  =3,6. 410 (Wb) ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nhóm 3- Lớp TBD2- K51 Đại học Bách Khoa Hà nội 38 Từ cảm B : B = Ф S = 4 3 3,6.10 3,214.10   = 0,112 (T) Tra đường cong từ hoá ta được H = 4 (A.vòng/m) = 0,04 (A.v òng/cm) Tra đồ thị hình 7-10 sách KCCA,v ới H = 0,04 (A.vòng/cm) ta được góc tổn hao = 015 . Dòng điện từ hoá: 0I = 1 . w tbH l = 0,04.78,5 2 = 1,57(A) Sai số về dòng điện: %I = - 0 1 I I .sin(α + ).100 = - 1,57 480 .sin(50,72 + 15).100 =-0,298(%). Sai số góc: δ= 3438. 0 1 I I .cos( + α) = 3438. 1,57 480 .cos( 066,22 )=4,62 ' 2.10 - Sai số của máy biến dòng ở dòng điện 1 1dm I I = 180%. 1 1dm I I = 180%  1I = 1dmI .180% = 300.180% = 540 (A)  2I = 1 dm I k = 540 60 = 9(A)  2E = 2I .( 2R + tR ) + j. 2I .( 2x + tx ) =9.0,76 + j.9.0,9293 =6,84 + j.8,36 = 10,8 050,72 (V) Từ thông Ф: Ф = 3 24,5.10 . 120 E = 34,5.10 .10,8 120  =4,05. 410 (Wb) T ừ cảm B : B = Ф S = 4 3 4,05.10 3,214.10   = 0,126 (T) Tra đường cong từ hoá ta được H = 4,2 (A.vòng/m) = 0,042(A.v òng/cm) Tra đồ thị hình 7-10 sách KCCA,v ới H = 0,042(A.vòng/cm) ta được góc tổn hao = 015,5 . ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nhóm 3- Lớp TBD2- K51 Đại học Bách Khoa Hà nội 39 Dòng điện từ hoá: 0I = 1 . w tbH l = 0,042.78,5 2 = 1,65(A) Sai số về dòng điện: %I = - 0 1 I I .sin(α + ).100 = - 1, 65 540 .sin(50,72 + 15,5).100 =-0,28(%). Sai số góc: δ= 3438. 0 1 I I .cos( + α) = 3438. 1, 65 540 .cos( 066,22 )=4,23' 2.11 - Sai số của máy biến dòng ở dòng điện 1 1dm I I = 200%. 1 1dm I I = 200%  1I = 1dmI .200% = 300.200% = 600 (A)  2I = 1 dm I k = 600 60 = 10(A)  2E = 2I .( 2R + tR ) + j. 2I .( 2x + tx ) =10.0,76 + j.10.0,9293 =7,6 + j.9,293 = 12 050,72 (V) Từ thông Ф: Ф = 3 24,5.10 . 120 E = 34,5.10 .12 120  =4,5. 410 (Wb) T ừ cảm B : B = Ф S = 4 3 4,5.10 3,214.10   = 0,084 (T) Tra đường cong từ hoá ta được H = 4,5 (A.vòng/m) = 0,045 (A.v òng/cm) Tra đồ thị hình 7-10 sách KCCA,v ới H = 0,045 (A.vòng/cm) ta được góc tổn hao = 016 . Dòng điện từ hoá: 0I = 1 . w tbH l = 0,045.78,5 2 = 1,766(A) Sai số về dòng điện: ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nhóm 3- Lớp TBD2- K51 Đại học Bách Khoa Hà nội 40 %I = - 0 1 I I .sin(α + ).100 = - 1,766 600 .sin(50,72 + 16).100 =-0,27(%). Sai số góc: δ= 3438. 0 1 I I .c os( + α) = 3438. 1,766 600 .cos( 066,72 ) =3,99’. 3. Các yếu tố ảnh hưởng đến sai số của Máy biến Dòng. Để làm rõ ảnh hưởng của các thông số tính toán kết cấu dến sai số ta phải thiết lập phương trình thể hiện quan hệ giữa chúng với nhau. Trong tính toán sai số của Máy biến Dòng thường sử dụng đoạn đầu của đường cong từ hoá từ 0,05-0,1 tesla và đoạn đường cong này có thể thực hiện bằng công thức gần đúng: H=.Bm Thực nghiệm cho thấy rằng hệ số  phụ thuộc rất nhiều vào chất lượng sắt từ ,còn hệ số  hầu như không đổi với tất cả các loại tôn thông thường . =0,6 đối với tất cả các loại tôn silic thông thường. = 0,55 đối với tôn sillic thông thường loại tốt. =0,82 đối với loại trung bình. =1,1 đối với lọai xấu. Để khảo sát lấy số liệu của loại tôn trung bình với =0,82 và =0,6 Thay vào công thức trên ta được : H=0,82.Bm0,6 Theo định luật bảo toàn dòng điện: I0.W1=H.Ltb=0,82.Bm0,6 .Ltb (8.1) Mặt khác theo công thức tính từ cảm Bm 33 2 022 2 2 4,5.10 . .4,5.10 . . . dm m I ZEB W S W S    - Trong đó: 02Z là tổng trở mạch thứ cấp, 02 2tZ Z Z  . S là tiết diện mạch từ. Nhân cả tử số và mẫu số của phương trình trên cho I2đm =5 (A) và thay I2đm.W2 I1đm.W1 ta được: ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nhóm 3- Lớp TBD2- K51 Đại học Bách Khoa Hà nội 41 0 1 1dm 1 W% .sin( ).100 W II I      (8.2) Thay giá trị này vào công thức (8.1) : 0 ,60 20 1 1 1 0 ,1 1 2 5 .0 , 8 2 . ( ) . .tb d m ZI W L S I W  (8.3) Theo công thức tính sai số % về dòng điện: 0 1 1 1 W% .sin( ).100 Wdm II I      Thay thế I0W1 bằng giá trị biểu thức 8.3 ta được : 0 ,602 1 . 1 1 1 0, 82. . 0,1125.% ( ) .sin( ).100 . . tb dm dm L ZI I W S I W      Rút gọn suy ra : 0,6 02 1,6 0,6 1 1 0,221. . .sin( )% .100 ( . ) . tb dm L ZI I W S      (8.4) Cũng thay giá trị biểu thức (8.3) vào công thức tính sai số góc ta được: 0,6 02 1,6 0,6 1 1 0, 221. . .cos( ) .3438(') ( . ) . tb dm L Z I W S      (8.5) Từ công thức trên suy ra các yếu tố ảnh hưởng đến sai số của BI: ▪ 1 1.d mI W - Sức từ động sơ cấp định mức. ▪ tbL - Chiều dài trung bình đường sức từ. ▪ S - Tiết diện lõi thép. ▪ 02Z - Tổng trở mạch thứ cấp. Hai công thức (8.3) và (8.4) có giá trị thực tế quan trọng trong thiết kế mạch từ của m.b.d. Sử dụng các công thức này người thiết kế dễ dàng quyết định thay đổi thông số nào với mức độ như thế nào để đạt cấp chính xác yêu cầu. Để giảm sai số có các biện pháp sau: - Tăng sức từ động sơ cấp định mức là phương pháp tăng độ chính xác ,giảm sai số của M.B.D có hiệu quả nhất, nhưng lượng tiêu hao đồng cũng tăng. Do đó khi sử dung phương pháp này phải kết hợp với mặt kinh tế cho phù hợp. - Giảm chiều dài đường sức từ Ltb, nhưng không phải lúc nào cũng làm được vì còn phải đảm bảo cho cuộn dây sơ cấp, cuộn dây thứ cấp và cách điện giữa chúng lọt cửa sổ mạch từ. Đối với M.B.D điện áp cao cần phải có khoảng cách cách điện theo yêu cầu. ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nhóm 3- Lớp TBD2- K51 Đại học Bách Khoa Hà nội 42 - Tuy phương pháp tăng tiết diện lõi thép S cho hiệu quả kém hơn nhưng là phương pháp đơn giản nhất và có tính kinh tế hơn. Cho nên trong thực tế thường áp dụng phương pháp này và đôi khi lại là phương pháp duy nhất như đối với M.B.D kiểu thanh, vì sức từ động sơ cấp không thay đổi được. II – CÁC BIỆN PHÁP HIỆU CHỈNH SAI SỐ MÁY BIẾN DÒNG. 1. Hiệu chỉnh sai số bằng cách thay đổi số vòng dây thứ cấp: Khi một phần hoặc toàn bộ đặc tuyến sai số dòng điện của M.B.D không nằm trong giới hạn quy định, nghĩa là M.B.D thiết kế không đạt cấp chính xác thì phải tiến hành hiệu chỉnh. Vì thường phụ tải là trở cảm nên sai số dòng điện âm, cho nên khi hiệu chỉnh thì chỉ cần thêm một lượng sai số dương bằng cách giảm bớt số vòng dây thứ cấp một số vòng để đặc tuyến sai số tịnh tiến lên trên lọt vào giới hạn của cấp chính xác cho phép. Không phải lúc nào phương pháp hiệu chỉnh này cũng thoả mãn cấp chính xác yêu cầu, mà chỉ trong trường hợp: ttt  mới đạt cấp chính xác mong muốn. - tt gọi là khoảng sai số tính toán và được xác định theo công thức: )'(' 10120 IItt  Trong đó : +I’120 - Giá trị sai số dương theo tiêu chuẩn ở 120% dòng điện định mức. - I’10 - Giá trị sai số âm theo tiêu chuẩn ở 10% dòng điện định mức. Còn đại lượng t thì mang tên khoảng sai số thực và được xác định theo : 10 120( )t I I     Trong đó: -I120 : Giá trị sai số âm ở 120% dòng điện định mức của đặc tuyến thực. -I10 : Giá trị sai số âm ở 10% dòng điện định mức ở đặc tuyến thực. - Để thiết lập phương trình tính sai số có hiệu chỉnh ta cũng sẽ dựa vào đồ thị véc tơ . Giả sử số vòng dây sau khi hiệu chỉnh là '2W . Chiếu các vectơ sức từ động lên trục OAA’ ta có phương trình: '1 2 0cos .sin ( )I I I     → '1 1 2 2 0 1W.cos W W.sin( )I I I     ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nhóm 3- Lớp TBD2- K51 Đại học Bách Khoa Hà nội 43 Chia cả hai vế phương trình này cho I1W1: ' 0 12 2 1 1 1 1 Wcos sin( ) . I WI I W I W      (9.1) Đặt 0 1 1 1 s in ( )I W I W     phương trình (9.1) có dạng : ' 2 2 1 1 Wcos I I W    Vì góc  rất nhỏ ,nên cos1 suy ra phương trình trên trở thành: ' 2 2 1 1 W 1I I W    1 1 2 ' 2 ( 1) W I WI     (9.2) Thay giá trị phương trình (9.2) vào biểu thức tính sai số: 2 2 1 1 0 1 1 1 1 1 % .100 sin( ).100 I W I W I WI I W I W         và biến đổi ta được: 2 ' 2 ( 1) 1 W .100 1hc W I      (9.3) Trong đó : Ihc- Sai số dòng sau khi hiệu chỉnh. Nhân và chia cả hai vế phương trình trên cho (+1): 22 ' 2 ( 1) ( 1) W% .100 ( 1)hc W I            Vì giá trị  rất nhỏ nên có thể bỏ qua 2 ở tử số và  ở mẫu số: ' 2 2 2W WW    Theo điều kiện hiệu chỉnh chỉ giảm bớt một số vòng dây thứ cấp( nhỏ so với số vòng dây thứ cấp ban đầu) nên có thể thay '2W ở mẫu số bằng 2W , và đặt: ' 2 2 2W WW     2 2 100% .100 %hcI W W      Đại lượng 2 100 W gọi là gia vòng dây khi có hiệu chỉnh. ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nhóm 3- Lớp TBD2- K51 Đại học Bách Khoa Hà nội 44 Gia vòng dây có ý nghĩa biểu thị phần sai số khi thay đổi một vòng dây. Khi muốn tính cho thay đổi x vòng dây ta chỉ việc nhân thêm với gia số. Phương trình sai số dòng điện có hiệu chỉnh: 2 2 1 1 0 1 2 1 1 1 1 2 100.100 sin( ).100 .hc I W I W I WI W I W I W W           So sáng phương trình này với phương trình tính sai số dòng điện chưa hiệu chỉnh thấy rằng ở vế phải của phương trình tính sai số dòng điện có hiệu chỉnh có thêm thành phần sai số dương .Như vậy ,đặc tuyến sai số dòng điện có hiệu chỉnh sẽ tịnh tiến theo chiều dương song song với đặc tuyến chưa hiệu chỉnh. 2. Bù sai số Máy biến Dòng. Những phương pháp bù sai số ở trên không phải lúc nào cũng đạt cấp chính xác cao. Giảm sai số bằng cách tăng tiết diện lõi thép cho hiệu quả kém và nhiều trường hợp không kinh tế. Cho nên người ta đã nghiên cứu những phương pháp bù sai số đạt cấp chính xác cao mà các biện pháp khác không đạt được. Các phương pháp bù sai số có thể chia ra các nhóm: ○ Nhóm I - Bù sai số bằng biện pháp tuyến tính hoá đường cong từ hoá của lõi thép . ○ Nhóm II - Bù sai số bằng cách kích từ lõi thép . ○ Nhóm III - Phương pháp bù trực tiếp . ○ Nhóm IV - Bù sai số góc bằng phương pháp quay véctơ dòng điện. ○ Nhóm V - Phương pháp điều khiển dòng từ tản. ♦Bù sai số bằng biện pháp tuyến tính hóa đường cong từ hóa lõi thép. Rất dễ dàng chứng minh sai số M.B.D có quan hệ với độ từ thẩm  của lõi thép. Với mục đích này ta viết công thức sức từ hoá lõi thép dưới dạng sau: 0 1W m tb tb B l I Hl    Thay giá trị này vào công thức sai số ta có: 1 1 sin( ).100m tb dm B l I I W       (9.3) Như vậy sai số dòng điện của BI tỉ lệ nghịch với độ từ thẩm  , mà độ từ thẩm sắt từ lại thay đổi tuỳ thuộc giá trị từ cảm. Với từ cảm nhỏ thì độ từ thẩm nhỏ dẫn đến sai số M.B.D lớn, còn ở từ cảm trung bình thì độ từ thẩm lớn nên sai số M.B.D ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nhóm 3- Lớp TBD2- K51 Đại học Bách Khoa Hà nội 45 nhỏ và ở đoạn sắp bão hoà độ từ thẩm lại nhỏ nên sai số M.B.D lại lớn. Để khắc phục điều này ta sử dụng phương pháp tuyến tính hoá đường cong từ hoá. Phương pháp tuyến tính hoá đường cong từ hoá lõi thép là tổng hợp hai phương pháp: điều chỉnh độ từ thẩm  ở từng đoạn trên đường cong này và thay đổi số vòng dây thứ cấp. Dựa vào nguyên lý này năm 1929 Vilson đã đề xuất một số sơ đồ bù sai số M.B.D. Một trong những sơ đồ đó giới thiệu trên hình 9.1. Cuộn dây thứ cấp được chia làm hai phần không bằng nhau - phần chính 2 được đặt trên cùng một trụ với cuộn dây sơ cấp, còn phần phụ bên cạnh. Trên cửa sổ lõi thép giữa hai phần của cuộn dây thứ cấp đặt sun từ 5 bằng lõi thép permalloi. Hình 3.3  Nguyên lý làm việc: Khi dòng điện sơ cấp nhỏ, nghĩa là cường độ từ cảm nhỏ, thì M.B.D sẽ làm việc nhhư sau: a) Từ thông khép kín theo đường ngắn nhất qua sun từ có độ từ thẩm lớn, do đó dẫn đến giảm được sai số M.B.D. b) Ngoài ra, cuộn dây thứ cấp chỉ có phần chính 2 tác động. Như vậy là sử dụng phương pháp điều chỉnh sai số bằng cách giảm số vòng dây thứ cấp. Dòng điện sơ cấp tăng kéo theo cường độ từ cảm tăng, sun từ permalloi bão hoà rất nhanh và phần lớn từ thông chảy sang trụ bên có đặt cuộn phụ, do đó làm tăng số vòng dây thứ cấp. Khi dòng điện sơ cấp đủ lớn thì hầu hết từ thông khép kín qua trụ bên, hệ số biến đổi M.B.D làm việc như trong trường hợp không bù sai số mà sai số đa số đủ nhỏ Để thấy rõ hiệu quả của phương pháp bù sai số này só thể tham khảo hình 9.2( hình 7.21- sách Khí cụ cao áp) ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nhóm 3- Lớp TBD2- K51 Đại học Bách Khoa Hà nội 46 Hình 3.4  Nhược điểm: Song chế tạo M.B.D bù sai số bằng sun từ permalloi tương đối khó và permaloi lại là kim loại hiếm. Cho nên sơ đồ bù sai số này rất ít áp dụng trong thực tế nhưng dựa trên nguyên lý này người ta đã phát minh ra nhiều kết cấu sai số cho M.B.D. ♦Bù sai số bằng cách kích từ lõi thép. A – Kích từ bằng nguồn ngoài Như trên ta đã nói sai số M.B.D có quan hệ với độ từ thẩm  . Nêú ở vùng dòng điện nhỏ (cường độ từ cảm nhỏ) mà có thể tăng độ từ thẩm lõi thép thì nhiệm vụ bù sai số coi như được giải quyết. Để đạt được mục đích này người ta dùng phương pháp kích từ lõi thép khi dòng điện sơ cấp có giá trị nhỏ.  Cấu tạo và nguyên lý làm việc: Dựa vào ý này Liovit đã đưa ra sơ đồ bù sai số M.B.D như sau : Lõi thép của M.B.D gồm có hai nửa hệ thống mạch từ hoá hoàn toàn giống nhau và quấn trên đó ba cuộn dây: sơ cấp, thứ cấp và cuộn phụ. Cuộn dây phụ chia làm hai phần, mỗi phần cuộn dây được quấn trên trụ bên của mỗi loại thép và đấu nối tiếp ngược chiều nhau rồi mắcvào cuộn xoay chiều ngoài Cuộn dây sơ cấp và cuộn thứ cấp cùng được quấn cùng chiều trên hai trụ của lõi thép. Như vậy cuộn dây phụ có nhiệm vụ đảm bảo kích từ lõi thép khi cần thiết, mà không phát sinh sức điện động cảm ứng trong các cuộn dây sơ cấp và thứ cấp.  Nhược điểm: Song phương pháp bù sai số bằng kích từ nguồn ngoài không đuợc sủ dụng rộng rãi, vì phải thêm nguồn năng lượng ngoài. Trong trường hợp cần thiết ví dụ M.B.D dùng trong phòng thí nghiệm cần có cấp chính xác cao cũng có thể áp dụng phương pháp này. B - Tự kích từ ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nhóm 3- Lớp TBD2- K51 Đại học Bách Khoa Hà nội 47 Bù sai số M.B.D bằng tự kích từ lõi thép có ưu điểm là không cần nguồn năng lượng ngoài mà sử dụng ngay dòng điện chạy trong các cuộn dây để kích từ lõi thép.  Ưu và Nhược điểm: Hiệu quả bù sai số bằng tự kích từ kém hơn phương pháp kích từ bằng nguồn ngoài. Song, đặc tuyến sai số M.B.D bù bằng tự kích từ có dạng cung tròn nên cũng dễ điều chỉnh bằng cách thay đổi số vòng dây thứ cấp. Do phương pháp này không cần có nguồn năng lượng ngoài nên vẫn được áp dụng rộng rãi cho đến ngày nay. Hiệu quả của phương pháp bù sai số này được thể hiện trong hình 9.3. Hình 3.5- Các đặc tuyến sai số M.B.D bù bằng phương pháp kích từ lõi thép. 1- kích từ bằng nguồn ngoài. 2- Tự kích từ 3. Hiệu chỉnh sai số Máy biến Dòng. Trong các phương pháp bù sai số cho M.B.D, thì phương pháp hiệu chỉnh bằng cách thay đổi số vòng dây thứ cấp là đơn giản nhất, mà vẫn đạt hiệu quả. Trong khi yêu cầu thiết kế M.B.D không cần độ chính xác quá cao. Do vậy, ta chọn phương pháp hiệu chỉnh sai số cho M.B.D cần thiết kế bằng cách thay đổi số vòng dây thứ cấp. Kiểm tra điều kiện: ttt Trong đó t khoảng sai số thực tế ,được xác định theo : 10 120| ( ) |t I I     Theo phần tính toán ở Chương 3- Xác định sai số, ta có: 10 0.7I   120 0.314I   ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nhóm 3- Lớp TBD2- K51 Đại học Bách Khoa Hà nội 48 | | | 0.7 0.314 | 0.386t      tt được xác định theo công thức: )'(' 10120 IItt  Với: '120 0.5I  và '10 1I   | | 0.5 1 1.5tt     Vậy ta có: ttt Sai số sau khi hiệu chỉnh số vòng dây thứ cấp là: 2 2 1 1 0 1 2 1 1 1 1 2 100.100 sin( ).100 .hc I W I W I WI W I W I W W           2 2 100 hcI I W W      (%) Với: hcI - sai số dòng điện sau khi hiệu chỉnh. I - sai số dòng trước khi hiệu chỉnh. 2W - số vòng dây thứ cấp định mức( trước khi hiệu chỉnh) 2W - số vòng dây hiệu chỉnh. Theo như đã tính toán ở Chương 3, đường đặc tuyến sai số sai lệch không quá nhiều và vẫn nắm trong giới hạn cho phép của cấp chính xác. Vì vậy ta hiệu chỉnh W2=0,5, tức là giảm số vòng dây thứ cấp đi 0.5 vòng.  Tính với 1 1 1 0 % d m I I  2 2 100 1000.7 0.5. 120 0,7 0, 4167 0, 2833(%) hcI I W W               Tính với 1 1 20% dm I I  2 2 100 0,518 0, 4167 0,1013hcI I W W           (%)  Tính với 1 1 40% dm I I  2 2 100 0,407 0,4167 0,0097hcI I W W           (%)  Tính với 1 1 60% dm I I  2 2 100 0,35 0, 4167 0,0667hcI I W W          (%) ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nhóm 3- Lớp TBD2- K51 Đại học Bách Khoa Hà nội 49  Tính với 1 1 80% dm I I  2 2 100 0,351 0, 4167 0,0657hcI I W W          (%)  Tính với 1 1 100% dm I I  2 2 100 0,323 0, 4167 0,0397hcI I W W          (%)  Tính với 1 1 120% dm I I  2 2 100 0,314 0,4167 0,1027hcI I W W          (%)  Tính tương tự với các trường hợp 1 1 140;160;180;200% dm I I  . Ta có kết quả hcI tương ứng là: 0,0957; 0,1187; 0,1367; 0,1467 %. Từ kết quả thu được ta có đường cong hiệu chỉnh như sau: ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nhóm 3- Lớp TBD2- K51 Đại học Bách Khoa Hà nội 50 4.Các thông số bội số của máy biến dòng. a. Bội số cực đại của M.B.D Đối với các loại thép sử dụng làm lõi thép của M.B.D, thông thường sẽ bị bão hòa hoàn toàn khi cường độ từ cảm đạt khoảng 2,0 tesla. Đối với loại tôn M6T35 đã chọn, giá trị này vào khoảng B∞=2,2T( dựa theo đường cong từ hóa hình 4-5, tr.24- sách Thiết kế M.b.a). Dòng điện thứ cấp xác định bởi cường độ từ cảm giới hạn gọi là dòng điện thứ cấp cực đại, còn tỷ số: dm m I In 2 max2 gọi là bội số của dòng điện thứ cấp. Giá trị cực đại của dòng điện thứ cấp xác định theo biểu thức : E2max=I2max .Z02 =4,44.f.W2.S.B (11.1) 2max2 2max 02 02 4, 44. . . . Ef w B SI Z Z    (11.2) Trong đó: E2max- s.đ.đ thứ cấp khi dòng điện thứ cấp cực đại. B - cường độ từ cảm bão hoà lấy bằng 2,2T. Z02- là tổng trở mạch thứ cấp. Thay số : S=3,214. 10-3 (m2 ) f=50Hz W2=120 (vòng). Z02 tổng trở mạch thứ cấp. Rt=0,6.0,85=0,51() ;Xt=0,6.0,527=0,316(). R2=0,25(); X2=0,6133();Zt=0,6() . 2 2 02 2 2 2 2 ( ) ( ) (0,51 0, 25) (0,6133 0,316) 1,2( ) t tZ R R X X           (11.3) E2max=4,44.50.120. 3,214. 10-3 .2,2=188,37(V). 2 max 2max 02 188,37 157 1, 2 EI Z     (A). 2 max 2 157 31, 4 5m dm In I     . ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nhóm 3- Lớp TBD2- K51 Đại học Bách Khoa Hà nội 51 Nhận xét: Giá trị trên chỉ là gần đúng vì hệ số 4,44 trong biểu thức tính s.đ.đ chỉ đúng với dòng điện hình sin, nhưng khi lõi thép đã bão hoà thì do ảnh hưởng của sóng hài bậc cao nên dòng điện thứ cấp không còn hình sin. b.Bội số 10%. Khi phụ tải thứ cấp bằng Zt cho trước, hệ số cosφ=0.85 và sai số đạt tới -10% thì tỷ số 1 1dm In I  gọi là bội số 10%. Bội số 10% được tính theo phương pháp liên tiếp gần đúng. Với bội số n10 của dòng điện sơ cấp, khi biến đổi sẽ nhận được dòng điện thứ cấp với sai số -10%. Dòng điện này tính theo công thức: I2=n10.I2đm.0,9 Tiến hành tính như thế với nhiều giá trị tải thứ cấp khác cuối cùng sẽ được quan hệ: n10=f(Z2) Vì khi sai số gần bằng 10% thì lõi thép thường gần bão hoà và phương pháp tính là gần đúng nên phải điều chỉnh : I2=n1.I2đm.0,95 Chọn n1 một giá trị bất kì, nhưng nhỏ hơn bội số dòng cực đại. n1≤ nm=31,4.  Chọn n1 =30. 2 30.5.0,95 142,5I   (A) Theo công thức (11.3) ta tính được tổng trở mạch thứ cấp Z02 =1,2Ω. 2 2 02. 142,5.1, 2 171( )E I Z V    Góc lệch pha giữa E2 và I2 là: 02 2 2 2 2 2 . . 50,72 . . t t I X I Xactg I R I R      Độ từ cảm B được tính theo công thức: 3 3 2 3 2 4,5.10 . 4,5.10 .171 1,995( ) . 120.3,214.10m EB T W S      Với B=1,995 Tesla, tra đường cong từ hoá hình 44-12, sách thiết kế máy biến áp trang 587. Vì không có giá trị B= 1,995T, mặt khác giá trị từ cảm này chưa đạt giá trị bão hòa nên ta dung phương pháp nội suy. ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nhóm 3- Lớp TBD2- K51 Đại học Bách Khoa Hà nội 52 Với B= 1,85T → H=5. 102 AV/m. B= 1,95T → H=9. 102 AV/m. B= 1,995T 2 2 2 1,995 1,99.10 (9 5).10 16,6.10 1,9 1,85 H       (AV/m) Với H=16,6. 102 (AV/m), tra hình (7-10) sách khí cụ điện cao áp trang 219 được góc tổn hao từ hoá  rất nhỏ, coi  = 0. Áp dụng định luật bảo toàn dòng điện: I0.W1= H.Ltb với Ltb=78,5cm. Suy ra: 0 16,6.78,5 651,55( ) 2 I A  sai số dòng điện: 100).sin(100. 11 10 11 1122     WI WI WI WIWI I Với I1 = n1 . I1dm.0,95 - là dòng sơ cấp tính gần đúng. 651,55 .sin(50,72).100 5,898% 30.300.0,95 I   nằm trong khoảng (5÷ 8)%. Vậy n1= n10 = 30 là bội số 10% . Trên đây mới chỉ tính bội số 10% cho Zt=0,6 theo thông số thiết kế Máy Biến Dòng có tải thứ cấp S=15VA. Để tiện cho người tính toán thiết kế mạch bảo vệ cần phải tìm sai số 10% ở nhiều vị trí Zt khác nhau tạo thành đường cong n10=f(Zt). ( ví dụ đường cong hình 7-23, tr.247,sách khí cụ cao áp) Ta thực hiện tính lần lượt với Zt=1; 2; 4() 1.Với Zt=1() Với: cos = 0,85. Rt=1.0,85=0,85() ;Xt=1.0,527=0,527() R2=0,25(); X2=0,6133(). 2 2 02 2 2( ) ( ) 1,58( )t tZ R R X X      02 2 2 2 2 2 . . 46,03 . . t t I X I Xactg I R I R       Chọn n1=27 Ta có: I2=27.5.0,95=128,25(A) ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nhóm 3- Lớp TBD2- K51 Đại học Bách Khoa Hà nội 53 E2= I2.Z02 =128,25.1,58=202,635(V) 3 3 4,5.10 .202,635 2,364( ) 120.3,214.10 B T      Với B =2,364 lõi thép đã bão hoà .  Chọn n1=23 I2=23.5.0,95=109,25(A) E2= I2.Z02 =109,25.1,58=172,615(V) 3 3 4,5.10 .172,615 2,01( ) 120.3, 214.10 B T     Tra đường cong từ hoá hình 44-12, sách thiết kế máy biến áp trang 587, nội suy ta có: 2 2 22,01 1,99.10 (9 5).10 17,8.10 1,9 1,85 H       (AV/m) Với H=17,8. 102 (AV/m) tra hình 7-10 sách khí cụ điện cao áp trang 219 được góc tổn hao từ hoá nhỏ, =00. Áp dụng định luật bảo toàn dòng điện I0.W1=H.Ltb Suy ra: 17,8.78,5 698,65( ) 2o I A  sai số 100).sin(100. 11 10 11 1122     WI WI WI WIWI I 698,65 .sin(40,03 0).100 6,86% 23.0,95.300 I    Vậy n=23 là bội số 10% 2. Với Zt=2() cos()=0,85. Rt=2.0,85=1,7() ;Xt=2.0,527=1,054() R2=0,25(); X2=0,6133(). 2 2 02 2 2( ) ( ) 2,566( )t tZ R R X X       02 2 2 2 2 2 . . 40,53 . . t t I X I Xactg I R I R       Chọn n1=14. ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nhóm 3- Lớp TBD2- K51 Đại học Bách Khoa Hà nội 54 I2=14.5.0,95=66,5(A) E2= I2.Z02 =66,5.2,566=170,639(V) 3 3 4,5.10 .170,639 1,99( ) 120.3, 214.10 B T     Với B =1,99T , tra đường cong từ hoá ta được: 2 2 21,99 1,99.10 (9 5).10 16,2.10 1,9 1,85 H      (AV/m) Với H=16,2. 102 (AV/m) tra hình 7-10 sách khí cụ điện cao áp trang 219 được góc tổn hao từ hoá =00. Áp dụng định luật bảo toàn dòng điện Suy ra: 16,2.78,5 635,85( ) 2o I A  sai số 100).sin(100. 11 10 11 1122     WI WI WI WIWI I 635,85 .sin(36,87).100 9,56% 14.0,95.300 I    Chọn n1=13,5. I=13,5.5.0,95=64,125(A) E2= I2.Z02 =64,125.2,566=164,54(V) 3 3 4,5.10 .164,54 1,92( ) 120.3, 214.10 B T    Tra đường cong từ hoá hình ta được H=10,5.102 (AV/m) Với H=10,5.102 (AV/m) tra hình 7-10 sách khí cụ điện cao áp trang 219 được góc tổn hao từ hoá =30. Áp dụng định luật bảo toàn dòng điện I0.W2=H.Ltb Suy ra: 10,5.78,5 412,125( ) 2o I A  100).sin(100. 11 10 11 1122     WI WI WI WIWI I 412,125 .sin(36,87 3).100 6,87% 13,5.0,95.300 I    Vậy n=13,5 là bội số10 % ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nhóm 3- Lớp TBD2- K51 Đại học Bách Khoa Hà nội 55 3. Với Z2=4() cos()=0,85. Rt=4.0,85=3,4() ;Xt=4.0,527=2,108() R2=0,25(); X2=0,6133(). 2 2 02 2 2( ) ( ) 4,55( )t tZ R R X X      02 2 2 2 2 2 . . 36,7 . . t t I X I Xactg I R I R       Chọn n1=7,3( đã thử các giá trị lân cận). I2=7,3.5.0,95=34,675(A) E2= I2.Z02 =34,675.4,55=157,77(V) 3 3 4,5.10 .157,77 1,84( ) 120.3, 214.10 B T     Với B =1,84T: Tra đường cong từ hoá hình 44-12 sách thiết kế máy biến áp trang 546 ta có ta được H=4,5.102 (AV/m) Với H= H=4,5.102 (AV/m) tra hình 7-10 sách khí cụ điện cao áp trang 219 được góc tổn hao từ hoá =70. Áp dụng định luật bảo toàn dòng điện: I0.W2=H.Ltb Suy ra: 4,5.78,5 176,625( ) 2o I A  100).sin(100. 11 10 11 1122     WI WI WI WIWI I 176,625 .sin(36,7 7).100 5,865% 7,3.0,95.300 I    Vậy n=7,3 là bội số 10%. 5. Điện áp khi hở mạch thứ cấp máy biến dòng. Khi dòng điện định mức I1 chạy trong cuộn dây cao áp nếu để hở mạch thứ cấp thì lõi thép không còn bù khử từ bằng dòng điện thứ cấp và dòng điện sơ cấp bằng dòng từ hoá : I1=I0 =300A Vì máy biến dòng mắc nối tiếp vào lưới ,khi hở mạch thứ cấp máy biến dòng có thể coi là kháng điện có lõi thép . ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nhóm 3- Lớp TBD2- K51 Đại học Bách Khoa Hà nội 56 + Cường độ từ cảm xác định theo biêu thức: 1 1 0 2 300.2 764,33( / ) 78,5.10tb I WH AV m L     suy ra Bm =1,88T. Từ đó suy ra m = Bm.S=1,88.3,214. 10-3=6,042. 10-3 (Wb) Giá trị trung bình của điện áp trên hai đầu cuộn thứ cấp được tính theo biểu thức: E20tb=4.f.W2.m Giá trị thực là: E20t=E20tb.Kf Kf hệ số hình dáng đường cong điện áp. Nếu hở mạch thứ cấp mà lõi thép chưa bão hoà chọn Kf=1,11. Khi hở mạch thứ cấp lõi thép thường hay bão hoà nên hệ số hình dạng tăng và điện áp cảm ứng có dạng xung nhọn. Hơn nữa điện áp nguy hiểm không phải là giá trị hiệu dụng E20 mà là giá trị cực đại của điện áp trên hai đầu dây thứ cấp khi hở mạch. Cho nên ta cần biết hàm E20 biến thiên theo thời gian t. Cách dựng theo hình (12.1). ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nhóm 3- Lớp TBD2- K51 Đại học Bách Khoa Hà nội 57 Các giá trị tức thời của E20 sẽ bằng : dt dWE 220  Từ đồ thị ta thấy rằng E20 cực đại khi từ thông  qua trị số không .Vì đạo hàm d/dt là lớn nhất.trên đoạn nằm ngang của hình thang  đạo hàm bằng không. Sử dụng đường cong thực nghiệm Es=f(H0) cho từng loại tôn kỹ thuật điện.Trong đó Es là điện áp xuất là điện áp một vòng dây thứ cấp trên 1 cm2 tiết diện lõi thép máy biến dòng. Đồ thị hình 3.6 ( đồ thị trang 245 sách khí cụ điện cao áp). Hình 3.8 Điện áp trên hai đầu cuộn dây thứ cấp khi hở mạch cho máy biến dòng với kết cấu bất kì: E20=Es.W2.S Theo các số liệu đã tính ở trên H0 =764,33(AV/m)=7,6433(AV/cm). Tra đồ thị hình 7-32 trang 245 sách khí cụ điện cao áp được Es=0,42(V/vòng.cm2) E20=0,42.120.32,14=1619,86(V). ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nhóm 3- Lớp TBD2- K51 Đại học Bách Khoa Hà nội 58 Chương 4 MÔ HÌNH HÓA & MÔ PHỎNG ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nhóm 3- Lớp TBD2- K51 Đại học Bách Khoa Hà nội 59 Chương 5 TÍNH TỔN HAO VÀ TÍNH TOÁN NHIỆT I – TÍNH TỔN HAO. Có 3 dạng tổn hao chính:  tổn hao trong các chi tiết dẫn điện  tổn hao trong các chi tiết bằng vật liệu sắt từ  tổn hao điện môi. 1.Tổn hao trong các chi tiết dẫn điện (tổn hao đồng). a)Tổn hao trong đồng trong dây quấn sơ cấp. Năng lượng tổn hao trong day dẫn do dòng điện đi qua được tính theo công thức : PCu1=I12.R1=3002.7,16.10-4=64,44(W). b)Tổn hao đồng trong dây quấn thứ cấp. PCu2=I22.R2=52.0,25=6,25(W). 2.Tổn hao sắt từ trong lõi thép. Tổn hao trong lõi thép bao gồm tổn hao do dòng xoáy,do từ trễ và một phần tổn hao phụ do gia công lõi thép. Ở thép cán nguội, nếu không tính tổn hao phụ thì 75% tổn hao do dòng xoáy và 25% do từ trễ. Tổn hao phụ làm tăng 1,05 lần khi ép lõi thép bằng dây đai, bằng 1,2 lần khi ép lõi thép bằng bulông. Tổng tổn hao được tính theo suất tổn hao P15( theo công thức 4- 12’,tr.29, sách thiết kế m.b.a): 2 15(1,05 1, 2). . .( ) (W)15000Fe BP G P  . Trong đó : Lõi thép ghép bằng bulong nên chọn hệ số là 1,2. P15 - suất tổn hao trong thép khi cường độ từ cảm là 1,5 Tesla ở tần số 50Hz. Với loại thép M6T35 đã chọn ta có P15=1,11(W/kg)( theo sách TK m.b.a tr.573). B - cường độ từ cảm ở trong trụ và gông,Gs. 1T=104 Gs. Gs hoặc G- đơn vị Gauss trong hệ CGS(cetimetre-gram-second system). ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nhóm 3- Lớp TBD2- K51 Đại học Bách Khoa Hà nội 60 Theo chương 2, chọn B=0,07T= 0,07. 104 (Gs). G là tổng khối lượng của trụ và gông tính theo kích thước hình học của lõi thép,(Kg). G= VFe. mFe VFe - thể tích của khối mạch từ. 2 2 2 2 3 3 330 20.( ). .( ).7 2749( ) 2,749.10 ( ) 4 4 4 4Fe D dV b cm m        mFe =7,8. 103 (kg/m3). G= 2,749. 10-3.7,8. 103=21,442 (kg) 4 20,07.101,2.21,442.1,11.( ) 0,0622(W) 15000Fe P   . 3.Tổn hao trong các vật liệu cách điện. Dưới tác dụng của điện trường biến thiên ,trong vật liệu cách điện sẽ sinh ra tổn hao điện môi: P=C.2..f.U2.tg Trong đó P là công suất tổn hao ,W f tần số điện trường Hz. C là đại lượng đặc trưng cho sự phân cực điện môi. U điện áp. tg là góc tổn hao điện môi,phụ thuộc vào điện áp. Trong dầu máy biến áp trị số tg xác định theo công thức: 121,8.10tg = . . f    Với: ε=2,2; ρ= 1015Ω.cm; f=50Hz suy ra tg=1,64. 10-5. ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nhóm 3- Lớp TBD2- K51 Đại học Bách Khoa Hà nội 61 II – TÍNH TOÁN NHIỆT. 1.Tính độ bền nhiệt. Khả năng chịu tác động do dòng điện ngắn mạch trong khoảng thời gian xác định (thường là 1s) gọi là độ bền nhiệt . Độ bền nhiệt thường được xác định bằng bội số ngắn mạch . dm nm nm I In 1  Phương pháp tính độ bền nhiệt dựa trên cơ sở phương trình dt qIC Ri qIc dQd .. . .. 2  (*) trong đó: d -là gia số nhiệt độ của dây dẫn ; dQ -gia số nhiệt trong dây dẫn . C -tỷ nhiệt của vật liệu dây dẫn ; q –tiết diện dây dẫn. lấy tích phân phương trình trên ta có:    t t o tt dt C dt qiC Ridt iqC Rid 0 2 2 0 2 0 . .. . .. .      t t dtC0 2 0 .   (**) -mật độ dòng điện. -điện trở suất của dây dẫn. Trong phương trình (**) =f1() C=f2() Để tính toán được đơn giản người ta xây dựng các đường cong =f(2t) 2t-Hiệu ứng nhiệt trong thời gian t giây. Trong tính toán độ bền nhiệt của M.B.D: 0 –nhiệt độ cho trước thường lấy bằng 900C. t - nhiệt độ cho phép khi phát nóng ngắn hạn, tra theo bảng 5.1 dưới dây( hoặc theo bảng 7.9, sách Khí cụ CA, tr.250). ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nhóm 3- Lớp TBD2- K51 Đại học Bách Khoa Hà nội 62 Theo bảng trên với cách điện bằng dầu và giấy dầu ta được t=2000C. Với t=2000C sử dụng đường cong 3 ở hình 5.2 trên ta có: (2t)t =3,25.104(A/mm2)2.s Với t=900C tra đường cong trên ta được: (2t)0=1,85.104(A/mm2)2.s ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nhóm 3- Lớp TBD2- K51 Đại học Bách Khoa Hà nội 63 Suy ra hiệu ứng nhiệt của dòng ngắn mạch : (2t)nm=(2t)t-(2t)0=3,25.104 - 1,85.104= 1,4. 104(A/mm2)2.s Nếu t=1 giây thì 2 4( ) 1,4.10 118,32nm nmt     (A/mm2) → Inm=nm.q=118,32.111,1=13145,4(A). Trong đó q=111,1 (mm2) - tiết diện của dây quấn sơ cấp. 1 13145,4 43,82 300 nm nm dm In I     . 2.Tính nhiệt cuộn dây sơ cấp. Để đơn giản trong việc tính toán coi cuộn dây là một khối đồng nhất được bọc bởi lớp cách điện dày δ=0,2 + 1,93 =2,13mm. Áp dụng công thức 13-110(trang 496) sách thiết kế máy điện tác giả Trần Khánh Hà và Nguyên Hồng Thanh. Độ chênh nhiệt trong lòng dây dẫn ra mặt ngoài của nó : )(10.. 040 C q cd     Trong đó :  chiều dầy cách điện ở một phía. cđ: suất dẫn nhiệt của lớp cách điện theo bảng 5.2 bên dưới. ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nhóm 3- Lớp TBD2- K51 Đại học Bách Khoa Hà nội 64 1 1 .Cu fP KJ M  mật độ dòng nhiệt trên bề mặt dây quấn ,W/m2. M – Diện tích bề mặt làm nguội tương ứng với từng dây quấn,m2. Kf - Hệ số tổn hao phụ Theo công thức 13-78b trang 480 sách thiết kế máy điện tác giả Trần Khánh Hà và Nguyên Hồng Thanh. Kf =1+0,95.2.a4.( n2 -2). ở đây RKl mb .. Với dây dẫn hình chữ nhật:  Kr hệ số Rogowski thường lấy 0,95.  n số thanh dẫn của dây quấn thẳng góc với từ thông tản.  m số thanh dẫn song song với từ trường tản . a,b - kích thước của dây dẫn theo hướng thẳng góc và song song với từ trường. Hình 5.3 Chiều cao toàn bộ dây dẫn so với mạch từ là: l = 12,26.2=24,52(mm) a= 12,26mm; b=22,12 mm. . 22,12.1. .0,95 0,86 24,52R b m K l     Kf=1+0,95.2.a4.n=1+0,95.108.(12,26.10-3.)4.(22 -2).0,862=1,603. Diện tích toả nhiệt của bề mặt cuộn dây được tính: M= 2.( M1+ M2 + M3 ). ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nhóm 3- Lớp TBD2- K51 Đại học Bách Khoa Hà nội 65 Dựa vào hình vẽ ta có: 2 2 21 29,724 25,3 243, 426( )M cm   22 2, 452.29,724 72,88( )M cm  23 2,452.27,724 67,98( )M cm  Suy ra: M = 2.(243,426 + 72,88 + 67,98) = 768,572 (cm2 ). =7,68572. 10-2 (m2 ). Mật độ dòng nhiệt trên bề mặt dây quấn: 1 2 1 2 . 64, 44.1,603 1344,016( / ) 7,686.10 Cu fP KJ W m M     Độ chênh nhiệt giữa dây quấn với bề mặt ngoài cuộn dây: 41 0 . .10 cd J     Chọn 00,0017(W. . )cd cm C  do vật liệu làm từ bìa cách điện. 3 4 0 0 2 1344,016.2,13.10 .10 16,84( ) 0,0017.10 C      .  Độ chênh nhiệt giữa mặt ngoài dây quấn với dầu ( 0d ). Dây quấn sơ cấp tiết diện hình chữ nhật, dạng ống không có rãnh dầu ngang. Theo công thức 13-115, sách thiết kế máy điện tác giả Nguyễn Hồng Thanh và Trấn Khánh Hà. 0,6 0 1.d k J  ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nhóm 3- Lớp TBD2- K51 Đại học Bách Khoa Hà nội 66 ở đây lấy k=0,285. 0 ,6 0 ,6 0 0 1. 0 , 285.1344, 016 21, 5d k J C    . Độ chênh lệch nhiệt độ giữa dầu và thành vỏ cd có thể chọn sơ bộ trong khoảng (6 ÷ 8) 0C, không cần chính xác. Ta có thể chọn 06cd C  . → Độ chênh lệch nhiệt giữa dây quấn sơ cấp và thành ngoài sứ là: 00 0 16,84 21,5 6 44,31( )cl cd d C          Vậy độ chênh nhiệt giữa cuộn dây sơ cấp và thành ngoài của sứ <[600C]. 3) Tính nhiệt cuộn dây thứ cấp. Coi cuộn dây thứ cấp là một khối đồng nhất. Theo thông số đã thiết kế ở chương 2: Dây thứ cấp được quấn rải 1 lớp, được bọc lại bằng 1 lớp cách điện bên ngoài. Tiết diện dây quấn thứ cấp: Φ = 1,81mm. Cách điện 2 phía: 2δ=0,4mm; Lớp cách điện ngoài cùng dày 2mm. → Chiều cao toàn bộ dây dẫn thứ cấp so với mạch từ là: L=2.( Φ + 2δ.2 + 2)=2(1,81 + 0,4.2 + 2) = 9,22(mm) = 9,22.10-3 m. Đường kính dây dẫn thứ cấp tính cả cách điện: d = Φ + 2. 2δ = 1,81+ 2.0,4 = 2,61(mm). Với m-1 là số thanh dẫn của dây quấn song song với từ trường tản. Áp dụng công thức 13 – 78c với dây dẫn tròn trong sách thiết kế máy điện, ta có: 3 3 . 2, 61.10 .1. .0, 95 0, 27. 9, 22.10R d m K l        Áp dụng công thức 13- 78a sách thiết kế máy điện, ta có hệ số tổn hao phụ: Kf = 1+ 0,095.2.a4.(n2 – 0,2). Với n là số thanh dẫn của dây quấn thứ cấp thẳng góc với từ trường tản, n=1<2. a là bề rộng 1 vòng dây quấn thứ cấp chiếm trên mạch từ. a = d =2,61. 10-3 (m). → Hệ số tổn hao phụ: Kf = 1+ 0,095.0,272.( 2,61. 10-3 )4.(12 – 0,2). 108 =1,01.  Diện tích toả nhiệt của cuộn dây thứ cấp: M=П.(Ф + 2δ + 2) . Ltb Với : L2tb = 0,24694m là chiều dài trung bình 1 vòng dây thứ cấp. → M = (2.0,4+ 1,81 + 2). П. 10-3 .0,24694 = 0,0036(m2 ). ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nhóm 3- Lớp TBD2- K51 Đại học Bách Khoa Hà nội 67 Mật độ dòng nhiệt trên bề mặt dây quấn: 2 2 2 . 6,25.1,01 1753,5( / ) 0,0036 Cu fP KJ W m M    Độ chênh nhiệt giữa dây quấn với bề mặt ngoài cuộn dây: 2 4 4 02 0 3 . 1753,5.(0, 4 2).10.10 .10 24,84( ) 0,17.10cd J C          Độ chênh nhiệt giữa mặt ngoài dây quấn với dầu .Theo công thức 13-115 sách thiết kế máy điện tác giả Nguyễn Hồng Thanh và Trấn Khánh Hà. 0,6 0 2.d k J  ở đây lấy k=0,285. 0 ,6 0 ,6 00 2. 0 , 285 .1753, 5 25,19d k J C    Chênh nhiệt giữa dầu và thành sứ lấy khoảng 30C. Vậy độ chênh nhiệt giữa cuộn dây thứ cấp và thành ngoài của sứ: 0 0 0 24,84 25,19 3 53,04( )cl cd d C          <[600C]. ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nhóm 3- Lớp TBD2- K51 Đại học Bách Khoa Hà nội 68 Chương 6 TÍNH VÀ THIẾT KẾ KẾT CẤU I – KẾT CẤU MẠCH TỪ. Mạch từ hình chữ nhật được ghép từ các lá tôn kỹ thuật điện ,thép cán nguội M6T35, hãng Terni societa per L’industria et L’electricta theo sáng chế của hãng Armoco, có suất tổn hao P15=1,11W/kg, dầy 0,35mm cách điện bằng Carlite. Kích thước mạch từ Hình 6.1 – Kích thước mạch từ. ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nhóm 3- Lớp TBD2- K51 Đại học Bách Khoa Hà nội 69 Mạch từ được quấn từ những dải băng, làm từ thép cán nguội. Sau khi quấn thành mạch từ hình xuyến ta sẽ cố địng bằng Bulông. Theo phương pháp ghép này, mạch từ sẽ giảm được khe hở không khí qua đó giảm tổn hao. Các lá tôn cần đột lỗ để sau khi ghép lõi sắt có các lỗ bắt bulông xuyên qua. Dùng bulông để cố định phải đảm bảo bulông không làm ngắn mạch các lá tôn, tức là phải có cách điện giữa bulông và lõi sắt.Ưu điểm của phương pháp này là đơn giản và chắc chắn. II – KẾT CẤU VỎ. Vỏ Máy biến Dòng làm bằng sứ cách điện, Việc chọn sứ phải đảm bảo được điện áp phóng điện bề mặt.Chọn sứ có các kích thước như hình vẽ. Hình 6.2 – Kích thước sứ.  Xác định trọng lượng ruột máy và trọng lượng dầu của máy biến dòng: Trọng lượng ruột máy xác định gần đúng theo công thức: M=1,2.(MFe+ Mcu1+ MCU2) Trong đó: 1,2 là hệ số kể đến trọng lượng ruột máy có thêm phần kết cấu cách điện và các kết cấu khác(như bulông,giá đỡ) . Trọng lượng sắt làm mạch từ: MFe=7,8.2,749=21,422(kg) Trọng lượng đồng dây quấn sơ cấp: Mcu1 = 8900.111,4.10-6.(1,59 + 2,083) = 3,64 (kg). ĐAMH - Thiết kế máy biến dòng -------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nhóm 3- Lớp TBD2- K51 Đại học Bách Khoa Hà nội 70 Trọng lượng đồng dâu quấn thứ cấp : Mcu2=VCu2.mCu=8900.76,16. 10-6=6,78 (Kg). → M=1,2.(MFe+ Mcu1+ Mcu2)= 21,422 + 3,64 + 6,78 = 31,842 (Kg). Vậy ruột máy có trọng lượng M = 31,842(kg). Trọng lượng dầu biến áp: Gdầu=Vdầu. dầu. Trong đó:Vdầu =Vt-Vr Vt thể tích bên trong của sứ. Vr thể tích ruột máy. Thể tích ruột máy được tính gầm đúng: 3 33 31,842 5,79.10 ( ) 5,5.10 R R r GV m     Thể tích bên trong Sứ cách điện: Vt=(36,8/2)2.3,14.74+(36/2)2.3,14.57=136,65(dm3) Trọng lượng dầu m..b.d : Gdầu =(Vt-VR).dầu=(136,65-8,57).0,9=115,27(Kg) III – KẾT CẤU TRỤC VÍT, GIÁ ĐỠ.