Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến dòng điện Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy biến dòng điện 1 CHƯƠNG I: PHÂN TÍCH CHỌN PHƯƠNG ÁN TÍNH CÁCH ĐIỆN I. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY BIẾN DÒNG : Máy biến dòng là thiết bị biến đổi dòng điện có trị số lớn và điện áp cao xuống dòng điện tiêu chuẩn 5A hoạc 1 A .Điện áp an toàn cho mạch đo lường và bảo vệ. Hình 1 Tải của máy biến dòng được đấu vào cuộn thứ cấp W 2 của mbd và một đầu được nối đất .Thứ tự đầu cuối của các cuộn dây được phân biệt đánh dấu . Các thông số cơ bản : -Điện áp định mức của lưới điện quyết định cách điện phía sơ cấp và thứ cấp của máy biến dòng . -Dòng điện sơ cấp và thứ cấp định mức là dòng điện làm việc dài h ạn ,theo phát nóng có dư trữ . -Hệ số biến đổi dm dm I I K 2 1 = . *Đặc điểm làm việc của máy biến dòng khác với máy biến áp : -Chế độ ngắn mạch là chế độ làm việc bình thường của máy biến dòng. Còn máy biến áp là sự cố . -Khi làm việc cuộn dây thứ cấp của máy biến áp có thể để hở mạch còn cuộn dây thứ cấp của máy biến dòng thì không cho phép. Vì khi để hở mạch sẽ sinh ra điện thế nguy hiểm cho công nhân phục vụ và cách đi ện của máy biến dòng. -Từ cảm của máy biến dòng thay đổi còn từ cảm của máy biến áp là một hằng số. -Dòng điện chạy trong cuộn thứ cấp của máy biến dòng không phụ thuộc vào phụ tải mà chỉ phụ thuộc vào dòng điện sơ cấp ,còn của máy biến áp thì phụ thuộc hoàn toàn vào phụ tải . I 1 I 2 W 2 Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy biến dòng điện 2 1> PHÂN LOẠI MÁY BIẾN DÒNG: Có rất nhiều loại máy biến dòng Theo tác dụng máy biến dòng có thể chia ra các nhóm sau : +Máy biến dòng đo lường +Máy biến dòng cung cấp cho mạch bảo vệ (bảo vệ so lệch ,bảo vệ chạm đất ,bảo vệ thứ tự không vv ) +Máy biến dòng hỗn hợp (đo lường và bảo vệ ) +Máy biến dòng thí nghiệm (có nhiều hệ số biến đổivà cấp chính xác cao). +Máy biến dòng trung gian (để nối hai máy biến dòng có hệ s ố biến đổi khác nhau). Theo nơi đặt máy biến dòng có thể chia ra : + 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 vv. Theo số vòng dây của cuộn sơ cấp máy biến dòng có hai kiểu : + Kiểu thanh hoạc một vòng dây. + Kiểu nhiều vòng dây. Với máy biến dòng kiểu thanh góp chia làm hai loại : Hình 2 a) Máy biến dòng kiểu thanh góp cuộn dây sơ cấp là một thanh góp hoạc ống dài xuyên qua cửa sổ lõi . b) Máy biến dòng kiểu chữ U cuộn dây sơ cấp hình chữ U một nhánh xuyên qua cửa sổ lõi. Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy biến dòng điện 3 c) Máy biến dòng kiểu sứ xuyên bản thân máy biến dòng không có cuộn dây sơ cấp mà chỉ có sẵn lỗ cho sứ xuyên và thanh góp xuyên qua trong khi lắp ráp tại trạm. -Máy biến dòng lắp ráp trong các thiết bị khác : Theo vật liệu cách điện giữa các cuộn dây máy biến dòng có thể chia ra : + Sứ cách điện +Bakelit +không khí và khí +Giấy ngâm dầu +Nhựa đúc Theo kết cấu máy biến dòng có thể chia ra các loại sau: +Máy biến dòng kiểu ống dây. +Máy biến dòng ki ểu thanh góp. +Máy biến dòng kiểu bình. +Máy biến dòng kiểu số 8. +Máy biến dòng kiểu chữ U. +Máy biến dòng kiểu chữ C. Theo tần số chia ra : Máy biến dòng sử dụng tần số công nghiệp (50Hz) Máy biến dòng tần số biến thiên sử dụng trên tầu thuỷ Máy biến dòng tần số 499-800Hz vv 2) GIỚI THIỆU MỘT SỐ MÁY BIẾN DÒNG: Đồ á điện 2.1 M Máy vòng điện Mạc xuyế , đảm dây rải đ loại Biế n mạch qua và c u cấu t Hình các l nhiề epôx được ∏ 2 . C được H 2 .L dây sơ c ấ án tốt nghi n Máy biến y Biến Dòn g dây sơ cấ n rắn, điện á ch từ 1 đượ ến từ các lá m bảo dẫn thứ cấp w 2 đều trên mạ Máy n Dòng kép h từ và hai hai mạch t uộn dây th tạo đơn giả h 4 là cấu t lá thép kỹ ều vòng 1 b xy 4 .Dòng c đưa vào đ Còn dòng c lấy ra từ Loại biến d có sai số b ấp bé . ệ p dòng khô : ng loại một ấp ,có cách áp 10KV ợc quấn dạn á tôn cán lạ từ tốt. Cuộ 2 được quấ ạch từ. Đây p ,có hai i cuộn dây từ . Cách đ hứ cấp,đồng ản ,chắc ch tạo của m.b thuật điện bằng cách đ g điện sơ cấ đầu nối ∏ 1 điện thứ cấ hai đầu H 1 dòng nhiều bé khi dòng : t h ng ạnh ộn ấn y là thứ cấ p ,c điện rắn bằn g thời cố đ hắn ,dùng c b.d loại kh .Cuộn Dây điện ấp 1 và ấp 1 và vòng g điện hung cuộ n ng êpôxy đ định khung cho mạch c hô ,nhiều vò y thứ cấp 2 thi n dây sơ cấ đảm bảo cá g lắp ráp 3. có dòng sơ òng dây sơ 2 cách điện Hình 3 Hì n iết kế máy ấp là thanh ách điện gi Loại biến ơ cấp lớn. ơ cấp .Mạc n với cuộn nh 4 biến dòng dãn 4, xuy iữa thanh c dòng này ch từ q ghép dây sơ cấp g yên cái có p từ p Đồ á điện 2.2 M Đối điệ n thấp từ 35 của M m.b. lắp Cuộ n 35K thứ c nối đ cấp 4 dầu. Sau hơi n 2.3 M V chịu dáng tầng án tốt nghi n Máy biến với loại M n khô chỉ d dưới 35K 5KV trở lê Máy Biến .d loại TφH ngoài trời n dây cao KV so với đ cấp 2 cách đất . Cách 4 là giấy c Sứ cách đ khi tẩm sấ nước .Với Máy Biến Với cấp đi u một phần g và kết cấu Cấu tạo 1-Vòng đ i 2 Mũ kim 3-ống chỉ 4-Biến dò 5-Cách đi 6-Dầu biế 7-Biến dò 8-Đế Nhược đ g là điện trở ệ p dòng điệ n Máy Biến D dùng cho c KV và lắp đ ên và lắp đặ Dòng là dầ H-35 được cho ở áp 1 có nh đất ,nối với điện với m điện giữa c ách điện d điện 6 đảm ấy chân khô kết cấu kiể Dòng điện iện áp cao điện áp. H u biến dòn iện dung . loại mực dầu ng thứ nh ấ ện ngoài n áp ng thứ hai điểm chính ở lớn ,dẫn đ n ngâm dầ Dòng cách ấp điện á p đặt trong nh ặt ngoài trờ ầu biến áp ở hình 5 hiều vòng ,c i đầu vào 5 mạch từ 3 , cuộn dây s dầy 0,12mm bảo cách đ ông ,dầu đ ểu này ,biế n ngâm dầ ,máy biến Hình 6 trình ng 400KV,2 ất h của biến d đến sai số u 35KV: hàVới điện ời thì cách .Kết cấu c có cách điệ 5 .Cuộn dây ,có một đầu sơ cấp và t m ngâm tro điện ngoài ược nạp đ ầ ến dòng đạ ầu 400KV dòng đượ c h bầy hình 2 tầng. dòng hai cao th i n áp điện của ện y u thứ ong . ầy ,đảm bả ạt cấp điện : c chế tạo k iết kế máy ảo không c á p 220KV kiểu nối tần Hình biến dòng ó không kh V. ng ,mỗi tần 5 g hí và ng Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy biến dòng điện 6 2.4 Máy Biến dòng kiểu mới Ngoài loại biến dòng kinh điển làm việc Theo nguyên lý điện từ người ta còn chế tạo Máy biến dòng kiểu mới dùng cho các lưới điện siêu cao áp ,nhằm giảm chi phí cách điện cho các biến dòng kinh điển. Các biến dòng kiểu mới được chế tạo theo nguyên lý chuyển đổi điện quang và nguyên lý từ quang Faraday. a)Hình 7 trình bầy nguyên lý chuyển đổi điện quang Dòng đ iện sơ cấp I s được biến đổi qua BI1 kinh điển ,đưa qua bộ điều biến 1, chuyển thành đậi lượng điện áp tỷ lệ dạng xung rời có độ rộng xung thay đổi hoạc tần số tín hiệu xung thay đổi ,tỷ lệ với giá trị tức thời của dòng điện sơ cấp .qua bộ khuyếc đại 2 ,tín hiệu điều khiển diot phát quang 3 ,để phát tín hiệu quang tương ứng .Diot phát quang 3,cáp quang 5 và điot điện quang 4 hợp thành hệ thống ghép nối quang điện để truyền tín hiệu quang từ các phần tử có điện áp cao đến các phần tử có điện áp thấp . Bước sóng của tín hiệu quang khoảng 900mm được truyền qua cáp quang đến diot quang điện 4 để chuyển thành các tín hiệu điện áp hình sin . Tín hiệu qua bộ biến đổi 6,bộ lọc 7 và bọ khuyếc đậi 8 , đủ công suất cấp cho các thiết bị đo lường và bảo vệ .Biến dòng BI2 cùng với thiết bị phụ 9 nạp điện cho bộ acqui nuôi hệ thống biến dòng điện quang. Hình 6 Hình 7 bi2 9 bi C¸p Quang møc ®iÖn thÕ thÊp møc ®iÖn thÕ cao Δ ≈ Δ Δ Nguyªn lý cña m¸y biÕn dßnh ®iÖn quang Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy biến dòng điện 7 b) hình 8 trình bầy Nguyên lý của biến dòng chuyển đổi từ quang Faraday. Một chùm sáng được phát ra từ nguồn sáng 1 phía điện áp thấp ,được cáp quang dẫn đến bộ phân cực 2,chùm sáng sau khi được phân cực qua lăng kính L 1 để tới tinh thể thạch anh 3A,tại đó dưới tác dụng của từ trường do dòng điện sơ cấp sinh ra ,chùm sáng sẽ bị phân cực với góc quay là: δ=V.H.L Trong đó v hằng số Vợdet,với tinh thể thạch anh ,V=5,23.10 -6 rad/A.m H cường độ từ trường trong tinh thể thạch anh ,a; L-chiều dài tinh thể ,m Sau khi qua thạch anh và lăng kính L 2 ,chùm sáng qua thạch anh 3B đặt ở phía điện áp thấp .Từ trường trong tinh thể thạch anh 3b được tạo nên bởi dòng điện thứ cấp I T .Hướng của từ trường được chọn sao cho bù lại được góc quay phân cực để cho I s w s =I T w T .Kết quả là góc quay δ 1 được bù lại góc quay δ 2 =-δ 1 trong thạch anh 3B.Mức ánh sáng nhận được của các bộ phận cảm biến quang 5a và 5B giống nhau nên tín hiệu của bộ khuyếc đại vi sai bằng không .khi mặt phẳng phân cực bị quay ,mức ánh sáng nhận đựơc của các bộ cảm biến 5a và 5B sẽ là khác nhau làm tín hiệu đầu vào của bộ khuyếc đại visai và sinh ra dòng điện I t ở đầu ra ,phản ánh đúng dòng. sơ cấp I s . Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy biến dòng điện 8 Theo yêu cầu thiết kế -máy biến dòng hoạt động ở tần số công nghiệp 50Hz. -Vật liệu cách điện là giấy gâm trong dầu máy biến dòng làm mát bằng dầu -các chỉ tiêu : điện áp sơ cấp Uđm=110KV dòng điện sơ cấp Iđm=300A dòng điện thứ cấp I 2 =5(A) độ chính xác theo tiêu chuẩn IEC-185 cấp chính xác 5P +số vòng dây sơ cấp :loại 1 vòng dây hoạc nhiều vòng dây -Với loại 1 vòng dây yêu cầu độ chính xác không cao -độ chính xác cao ,sai số nhỏ chọn máy biến dòng cuộn sơ cấp nhiều vòng dây (Khi thiết kế máy biến dòng kiểu nhiều vòng dây sẽ cho sai số nhỏ nhưng trọng lượng đồng và giá thành máy biến dòng sẽ tăng ).Theo yêu cầu :dùng máy biến dòng ngâm dầu cho nên ta chọn máy biến dòng kiểu bình . Có thể thiết kế loạ i m.b.d 1 cấp hoạc hai cấp với loại hai cấp là có điện trở lớn dẫn đến sai số cao, Cho nên chọn loại 1 cấp. Hình 8 Møc §iÖn thÕ cao Møc ®iÖn thÕ thÊp C¸p quang Nguyªn lý m¸y biÕn dßng tõquang Faraday Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy biến dòng điện 9 II> TÍNH CÁCH ĐIỆN: 1) Yêu cầu cách điện: Trong thiết kế máy biến dòng 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. 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 tiế t cách điện : +Nếu khoảng cách cách điện lớn quá dẫn tới 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 vật liệu cách điện : -Phải có độ bền cao ,ch ịu tác dụng của lực cơ học tốt ,chịu nhiệt dẫn nhiệt lại ít thấm nước -Gia công dễ dàng . -phải chọn vật liệu cách điện dể đẩm bảo thời gian làm việc của máy 15-20 năm trong điều kiện làm việc bình thường .Đồng thời giá thành của máy không cao. [...]... R p + X t = 2.I 2 Z t E2=2.5.0,6=6(V) -Chn mt t cm B=0,07568(T) Thay s vo 2-2 ta c tit din lừi thộp : Q= 4,5.10 3.E 2 4,5.6.10 3 = = 2,973.10 3 (m 2 ) Ư W2 B 120.0,07568 -Chiu dy ca lừi thộp c tớnh theo cụng thc 7-5 sỏch khớ c in cao ỏp : b= 2.Q Ke.( A a ) Trong ú :b- chiu dy lừi thộp (mm) (A-a )-chiu rng ca tr lừi thộp Ke h s ộp cht cỏc lỏ tụn thng ly 0, 8-0 ,85 S b chn a=22 (cm) A=32 (cm) Suy ra... W2 = I 1dm W1 I 2 dm ( 2-1 ) Vi tụn k thut in cht lng tt ta cú th chn I1m.W1 trong khong 600900 Avũng Vỡ vy chn W1=2(vũng ) Theo cụng thc trờn suy ra W2=2.300/5=120(Vũng) 2.2 Xỏc nh kớch thc lừi thộp: theo cụng thc 1-3 b sỏch mỏy in 1 E2=4,44.f.w2.m m =B.Q Q = 4,5.10 3.E 2 (m2) Ư W2 B ( 2-2 ) Trong ú Q- tit din lừi thộp W2-S vũng dõy th cp B mt t cm (ly trong khong 0,0 5-0 ,08T) E2-Sc in ng th cp Sc in... Ltb=2.[23+(2,07+18)/2+25+(2,07+18)/2]=136,14(cm ) -in tr phn dõy qun trờn mch t Rmt = 2.l S1 = 0,0217.1,3614.2 = 3,939.10 4 () 150 R1=Rdn+Rmt=1,736.1 0-4 +3,939.1 0-4 =5,675.1 0-4 () 2.6 kớch thc cun th cp Cun dõy th cp c cỏch ly vi mch t bi giy cỏch in v bỡa cỏch in cú chiu dy 2mm Chn cỏch in lp l 0,5(mm) bng giy cỏch in Dõy dn =1,81mm cỏch in 2=0,4mm -cun th cp qun lm bn lp S vũng dõy 1 lp l 30 vũng -chiu cao cun dõy tớnh s b L=30.2,01=60,3mm -Chn... hỡnh 1-1 6 trang 29 sỏch khớ c in cao ỏp vi U 1dm = 100 3 ( KV ) thỡ khong cỏch phúng in l d=4cm Vy tớnh khong cỏch cỏch in ta tra vi U = Kdt.Uphongdien = 1,3 110 = 82,56( KV ) c d=5cm 3 Theo sỏch thit k mỏy bin p Phm Vn Bỡnh Lờ Vn Doanh hỡnh 1 4-3 ta tra khong cỏch cỏch in gia dõy qun cao ỏp v h ỏp c d=7cm mm Hình 1 4-3 Khoảng cách cách điện 1 Giữa các dây quấn vn cạch nhau : 2.Giữa vn-nn; 3 Giữa trụ-nn... bng 7-5 trang 222 sỏch khớ c in cao ỏp chn loi dõy dn trũn q=2,57mm2 =1,81mm cỏch in 2=0,4mm -cun th cp qun lm bn lp S vũng dõy 1 lp Ư W11 = W1 120 = = 30(Vong ) n 4 2.4 Khong cỏch cỏch in ,kớch thc cun dõy s cp: Dõy dn hỡnh ch nht gm cú 3 si chp Ta theo bng trang 255 sỏch khớ c in cao ỏp 1 si cú kớch thc a=10mm b=5mm Tit din 1 si cha k cỏch din s=50mm2 Chiu dy cỏch in 2 phớa ca dõy 2=0,95mm -Kớch... khi du sch Hỡnh9 bn in ca du bin ỏp sch cú th t ti 2 0-2 5KV/mm nhng ch cn mt lng nh m trong du vt quỏ gii hn 0,05% thỡ bn in ch cũn 4KV/mm tc l gim 5 n 6 ln 11 ỏn tt nghip in thit k mỏy bin dũng - in ỏp xung bn in hu nh khụng thay i cho dự l cú tp cht iu ú c gi thớch bi cỏc cu dn in khụng kp hỡnh thnh trong khong thi gian tỏc dng ca in ỏp xung -S bin thiờn ca in ỏp chc thng hu nh khụng thay i theo... (dm3) mFe :Trng lng riờng ca st 7,85(kg/dm3) VFe=b.[A.B-a.b] (dm3) VFe=0,7.[3,2.3, 2-2 ,2.2,2]=3,78dm3 MFe=3,78.7,85=29,673kg Hỡnh17 b) Khi lng ng Khi lng ng dõy qun s cp : MCU1=VCu1.mCu VCu1=SCu1.l Trong ú : SCu1 : Tit din dõy qun s cp L chiu di dõy qun s cp gm hai phn phn qun trờn mch t v phn thanh dn L=60.2+50,07.2=220,14cm=22,024(dm) Vcu=150.1 0-4 .22,024=0,33036(dm3) 26 ỏn tt nghip in thit k mỏy bin... th ng cong t hoỏ trang 547 hỡnh 4 4-1 3 sỏch Thit k mỏy bin ỏp (Tỏc gi Phm Vn Bỡnh V Lờ Vn Doanh) B=0,07 H=2,75 Avũng/m B=0,6 H=2,5 Avũng /m Suy Ra:Khi B=0,0665 H = 2,5 + (2,75 2,5)(0,0665 0,06) = 2,6625( Avong / m) 0,07 0,06 H=0,026625Avũng/cm.Vi H trờn tra hỡnh 7-1 0 sỏch khớ c in cao ỏp tra ra gúc tn hao t hoỏ =120 Dng th vect ca mỏy bin dũng: a)T im 0 dng vect -I2W2 29 ỏn tt nghip in thit k mỏy... ly 0, 8-0 ,85 S b chn a=22 (cm) A=32 (cm) Suy ra chiu dy lừi thộp b = 2.Q 2.29,73 = 7(cm) Ke.( A a ) 0,85.10 -Kớch thc lừi thộp m.b.d c biu din trờn hỡnh v : Hỡnh 12 2.3 Thit k dõy qun: chn dõy dn l dõy dn ng a)Dõy qun s cp : Do dõy qun s cp cú dũng in v in ỏp ln nờn dựng dõy bt hoc thanh dn -Tit din dõy s cp : 1,5cm 20 1cm ỏn tt nghip in q= thit k mỏy bin dũng I 300 = = 150mm 2 j 2 Trong ú mt dũng... theo bng 1 4-1 mmtrang 98 in ỏp nh A B 8,5 10 12,5 15 15 17,5 22,5 27,5 mc ,KV 6,3 10 15 20 65 35 70 M0 85 200 60 125 M0 125 290 M 95 220 M0 200 450 M 220 120 M 160 50 M 110 M0 120 360 M 0- khụng cú vnh guc cỏch in m-cú vnh guc cỏch in Theo bng trờn ta chn loi cú vnh quc cỏch in ly a=b=7cm Tng hp li ly khong cỏch cỏch in gia cun cao ỏp v h ỏp 8,5cm ly khong cỏch in gia cun cao ỏp v mch t 9cm Gia cun . Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến dòng điện Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy biến dòng điện 1 CHƯƠNG I: PHÂN TÍCH CHỌN PHƯƠNG ÁN TÍNH CÁCH ĐIỆN I đúng dòng. sơ cấp I s . Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy biến dòng điện 8 Theo yêu cầu thiết kế -máy biến dòng hoạt động ở tần số công nghiệp 50Hz. -Vật liệu