Link xem tivi trực tuyến nhanh nhất xem tivi trực tuyến nhanh nhất xem phim mới 2023 hay nhất xem phim chiếu rạp mới nhất phim chiếu rạp mới xem phim chiếu rạp xem phim lẻ hay 2022, 2023 xem phim lẻ hay xem phim hay nhất trang xem phim hay xem phim hay nhất phim mới hay xem phim mới link phim mới

Link xem tivi trực tuyến nhanh nhất xem tivi trực tuyến nhanh nhất xem phim mới 2023 hay nhất xem phim chiếu rạp mới nhất phim chiếu rạp mới xem phim chiếu rạp xem phim lẻ hay 2022, 2023 xem phim lẻ hay xem phim hay nhất trang xem phim hay xem phim hay nhất phim mới hay xem phim mới link phim mới

intTypePromotion=1
ADSENSE

Tính toán ứng suất lực ngắn mạch tổng hợp trên dây quấn của máy biến áp lõi thép vô định hình

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

5
lượt xem
0
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết Tính toán ứng suất lực ngắn mạch tổng hợp trên dây quấn của máy biến áp lõi thép vô định hình tính toán ứng suất điện từ tác dụng lên dây quấn cao áp và hạ áp của MBA 3 pha có lõi thép bằng vật liệu vô định hình công suất 630 kVA, điện áp 22/0,4 kV, trong trường hợp ngắn mạch sự cố đồng thời 3 pha phía hạ áp bằng phương pháp phần tử hữu hạn với phần mềm Ansys Maxwell theo miền thời gian.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Tính toán ứng suất lực ngắn mạch tổng hợp trên dây quấn của máy biến áp lõi thép vô định hình

  1. ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 11(96).2015, QUYỂN 2 5 TÍNH TOÁN ỨNG SUẤT LỰC NGẮN MẠCH TỔNG HỢP TRÊN DÂY QUẤN CỦA MÁY BIẾN ÁP LÕI THÉP VÔ ĐỊNH HÌNH CALCULATION OF THE SUM SHORT CIRCUIT STRESS ON WINDINGS  OF AMORPHOUS CORE TRANSFORMERS  Đoàn Thanh Bảo2, Đoàn Đức Tùng2, Phạm Hùng Phi1, Phạm Văn Bình1 1 Trường Đại học Bách khoa Hà Nội; phamvanbinh00@yahoo.com; phi.phamhung@hust.edu.vn 2 Trường Đại học Quy Nhơn; dtbao@ftt.edu.vn; ddtung@ftt.edu.vn   Tóm tắt - Máy biến áp (MBA) khi bị sự cố ngắn mạch, dòng điện Abstract - When the transformer takes short circuit, the current, và từ thông tản tăng lớn, sinh ra lực điện từ lớn và nhiệt độ cao leakage field, electromagnetic force and temperature will increase tác động lên dây quấn MBA. Hiện tượng này gây ra lực cơ khí much. It can bend, move, demolish windings and even crack the nguy hiểm, nó có thể uốn cong, xê dịch, phá hủy cuộn dây và transformer even. This paper used the finite element method thậm chí làm nổ MBA. Bài báo này tính toán ứng suất điện từ tác based on the time domain with simulation software Ansys dụng lên dây quấn cao áp và hạ áp của MBA 3 pha có lõi thép Maxwell of a 630 kVA-22/0.4 kV three phase amorphous core bằng vật liệu vô định hình công suất 630 kVA, điện áp 22/0,4 kV, transformer in case of short circuit at the low voltage to calculate trong trường hợp ngắn mạch sự cố đồng thời 3 pha phía hạ áp the electromagnetic stress acting on high-voltage and low voltage bằng phương pháp phần tử hữu hạn với phần mềm Ansys windings. Then, calculation resultant stresses include stresses Maxwell theo miền thời gian. Sau đó, tính ứng suất tổng hợp bao caused by the electromagnetic force; the stress caused by the gồm ứng suất do lực điện từ; ứng suất do độ chênh lệch nhiệt độ temperature difference between the windings and epoxy; and the giữa dây quấn và epoxy; và ứng suất do phân bố nhiệt độ không stress caused by the uneven temperature distribution in epoxy. đồng đều ở lớp epoxy. Qua đó giúp nhà thiết kế đặt vị trí gá nẹp The results can help designers put of clamps on the transformer trên cuộn dây MBA một cách phù hợp. windings accordingly. Từ khóa - ngắn mạch; nhiệt độ; dây quấn; ứng suất; máy biến Key words - short circuit; temperature; winding; stress; áp; vô định hình; phần tử hữu hạn. transformer; amorphous; finite element. 1. Đặt vấn đề lửa và chống cháy do tia lửa điện, có sức bền cơ và chịu  Máy biến áp (MBA) phân phối luôn đóng góp một vai  ngắn mạch cao, khả năng chống ẩm và quá tải cao, độ ồn  trò  hết  sức  quan  trọng  trong  cơ  sở  hạ  tầng  của  hệ  thống  thấp  và  bảo  dưỡng  dễ  dàng.  Do  vậy,  MBA  khô  có  cuộn  điện, nó chiếm tỉ lệ lớn trong tổng công suất của hệ thống  dây  đúc  nhựa  epoxy  được  sử  dụng  nhiều  ở  các  tòa  nhà,  MBA, vì thế vấn đề giảm tổn hao công suất và cũng như  khu dân cư, đường hầm, trên tàu bè và trên sàn ngoài khơi  giảm hư hỏng do bị ngắn mạch của MBA phân phối có ý  [8].  Tuy  nhiên,  khi  tính  toán  ứng  suất  ở  dây  quấn  khi  nghĩa kinh tế - kỹ thuật rất quan trọng. Có hai loại tổn hao  MBA  khô  ngắn  mạch,  cần  xét  các  ứng  suất  thành  phần:  điện tồn tại trong khi MBA vận hành: Tổn hao có tải (tổn  (1) Ứng suất gây ra do phân bố nhiệt độ không đồng đều  hao  đồng)  thay  đổi  theo  mức  tải  của  MBA  và  tổn  hao  lớp epoxy; (2) Ứng suất do chênh lệch nhiệt độ giữa dây  không tải (tổn hao sắt từ) phát sinh trong lõi từ và xảy ra  quấn và lớp epoxy.  suốt  cuộc  đời  vận  hành  của  MBA,  không  phụ  thuộc  vào  Các tác giả [9], đã nghiên cứu phân tích khả năng chịu  tải nhưng phụ thuộc vào chất lượng loại thép. Với MBA  ngắn  mạch  của  một  MBA  VĐH  có  công  suất  800kVA- có lõi từ bằng vật liệu vô định hình (VĐH), tổn hao trong  10kV. Từ đó, đề xuất một kết cấu kẹp các cuộn dây MBA  lõi  từ  có  thể  giảm  xuống  từ  60-70%  so  với  MBA  lõi  từ  để có thể chịu được lực  ngắn  mạch lớn  gây ra và chứng  bằng tôn cán lạnh định hướng [1], [2].  minh tính khả thi của phương pháp kết cấu mới của mình  Khi  MBA  hoạt  động  trong  điều  kiện  bình  thường,  tác  dưới sự hỗ trợ của phần mềm ANSYS. Nhóm tác giả, đề  dụng của lực điện từ lên các dây quấn nhỏ do dòng điện và  cập  đến  ưu  điểm  của  MBA  phân  phối  có  lõi  hợp  kim  từ  thông  tản  là  tương  đối  nhỏ.  Tuy  nhiên,  khi  ngắn  mạch  VĐH là khả năng giảm tổn hao và sử dụng rộng rãi nhưng  dòng điện trong dây quấn và từ thông tản tăng lớn, lúc này  rất nhạy cảm với lực cơ khí, từ trường tác động lên, mức  sẽ sinh lực điện từ lớn tác dụng lên dây quấn [3], [4]. Trong  độ  tiếng  ồn  cao  hơn  và  khả  năng  chịu  đựng  ngắn  mạch  tất cả các sự cố của MBA thì sự cố về dây quấn chiếm tỉ lệ  kém hơn MBA lõi tôn silic.  33%. Khi đó sinh ra lực cơ khí làm uốn cong hoặc phá hủy  Các tác giả [10] đã sử dụng phần tử hữu hạn (PTHH)  dây quấn và vật liệu cấu trúc khác của MBA [5], [6].  tính toán ứng suất lực điện từ tác dụng lên từng phần cuộn  MBA lõi thép bằng vật liệu VĐH, do có cấu trúc đặc  hạ  áp  (HA)  và  cao  áp  (CA)  của  MBA  khô  50kVA  -  biệt của lõi thép và cuộn dây là hình chữ nhật, nên phân  220/400V  -  60Hz  trong  điều  kiện  sự  cố  ngắn  mạch  phía  bố điện trường, từ trường tản và phân bố lực tác dụng lên  HA. Đồng thời, kết luận sơ đồ thuật toán và phương pháp  cuộn  dây  cũng  sẽ  không  đối  xứng  trên  cùng  một  vòng  PTHH có hữu ích trong thiết kế cấu trúc cuộn dây MBA.  dây. Đặc biệt hơn là lúc xảy ra ngắn mạch thì lực này lớn  Với những phân tích ở trên, ta thấy rằng nghiên cứu về  sẽ rất nguy hiểm đối với cuộn dây [7].  lực điện từ ngắn mạch ở MBA khô VĐH đã tính toán đến  Ở  MBA  khô  phân  phối  có  cuộn  dây  được  đúc  bằng  ứng suất điện từ, nhưng chưa tính đến ứng suất nhiệt giữa  nhựa epoxy với đặc tính ưu điểm không bắt lửa, tự dập tắt  dây quấn và lớp epoxy. 
  2. 6 Đoàn Thanh Bảo, Đoàn Đức Tùng, Phạm Hùng Phi, Phạm Văn Bình Bài báo này đã sử dụng phương pháp PTHH với phần  Xuất phát từ hệ phương trình Maxwell, ta viết phương  mềm  Ansys  Maxwell  theo  miền  thời  gian  để  mô  phỏng  trình  riêng  đối  với  trường  điện  từ  dừng  (∂/∂t  =  0)  trong  MBA 3 pha có lõi thép bằng vật liệu từ mềm VĐH công  vùng  không  gian  dây  quấn  của  MBA,  có  mật  độ  dòng  suất 630 kVA, điện áp 22/0,4 kV. Thực hiện mô phỏng ở  điện nguồn J. Phương trình này được viết cho từ thế vectơ  chế  độ  không  tải  và  ngắn  mạch  thực  nghiệm  để  so  sánh  A có dạng phương trình Laplace-Poisson như sau [12][3]:  các  kết  quả  tổn  hao  không  tải  và  ngắn  mạch  với  giá  trị  - μJ    trong d©y dÉn   thực  nghiệm.  Sau  khi  mô  hình  đã  đúng  đắn,  thực  hiện    2 A =    (5)  ngắn  mạch  sự  cố  đồng  thời  3  pha  phía  HA  mà  phương   0    ®iÖn m«i      pháp  thực  nghiệm  rất  khó  thực  hiện  được,  để  tính  ứng  Trong đó: A: từ thế véctơ; µ: độ từ thẩm [H/m]; J: mật  suất  lực  điện  từ  hướng  kính  và  hướng  trục  tác  dụng  vào  độ dòng điện [A/m2].  cuộn dây CA và HA. Sau đó, tính ứng suất tổng hợp bao  Khi đó, vector từ thế A được định nghĩa là:  gồm ứng suất do lực điện từ, ứng suất do chênh lệch nhiệt      × A = B                    (6)  độ giữa dây quấn và epoxy; và ứng suất do phân bố nhiệt  độ không đồng đều  lớp epoxy. Qua đó  giúp  nhà thiết kế  Hay:     đặt vị trí gá nẹp trên cuộn dây MBA một cách phù hợp.    B   A  iBx  jBy  kBz  (7)  2. Dòng điện ngắn mạch, lực điện từ và từ trường tản Khi đó lực điện từ cũng bao gồm các thành phần:        2.1. Dòng điện ngắn mạch   F =  (J × B)dv = iFx + jFy + kFz  (8)  v Dòng điện quá độ gồm có hai thành phần:  một thành  Trong đó: Bx, By, Bz và Fx, Fy, Fz là các thành phần từ  phần biến thiên theo qui luật hình sin và một thành phần  cảm và lực theo 3 phương x, y,z.  không chu kỳ [4], [11]:  Các  biến  J  và  B  trong  khối  V  có  thể  được  tính  bằng   R  -  n ωt    (1)  phương pháp giải tích hoặc phương pháp số. Phương pháp  X i = I n 2 sin(ωt - ψ - φ n ) + sin(ψ + φ n ).e n  giải tích thường nhanh hơn, tuy nhiên không thể sử dụng      ở  mô  hình  với  vật  liệu  phi  tuyến,  cấu  trúc  hình  học  Trong đó:  và/hoặc  điều  kiện  biên  phức  tạp.  Chính  vì  vậy,  sử  dụng  PTHH có thể giải quyết các bài toán phức tạp nói trên và  In: dòng điện ngắn mạch xác lập [A];  tính được ứng lực trên từng phần của cuộn dây.  X n : góc lệch pha giữa In và điện áp [rad];  φ n = arctg Rn 3. Phương pháp phần tử hữu hạn với phần mềm Ansys ψ: góc phụ thuộc vào thời điểm xảy ra ngắn mạch [rad];  Maxwell ω: tần số góc dòng điện [rad/s];  3.1. Mô hình máy biến áp Xn, Rn, Zn: điện kháng, điện trở, tổng trở ngắn mạch [Ω];  Sử dụng một MBA VĐH 630 kVA-22/0,4 kV có các  thông số điện cơ bản ở Bảng 1 và thông số kích thước lấy  Biểu thức (1) cho thấy rằng nguy hiểm nhất là ngắn mạch  từ bản vẽ thiết kế của nhà máy chế tạo biến áp Sanaky Hà  tại thời điểm điện áp bằng 0 (ψ = 0), lúc này giá trị dòng điện  Nội. Tiết diện lõi thép VĐH có kích thước hình chữ nhật  cực đại xảy ra ở gần thời điểm t0 = (π/2+n)/ và có độ lớn:  có bề dày: a = 180 mm; bề rộng băng b = 292 mm và các   R    -  n   n     (2)  kích thước khác được thể hiện ở Hình 1.  Xn  2  i max = I n 2 1+ sinφ n .e      2.2. Lực điện từ Lực điện từ này được viết theo công thức lực Lorentz  (3) hay dạng vi phân (4) như sau [4], [10]:        Fdt =  I.Bsin(I, B)dl                (3)  L Hay:           d F = B × Idl = B × J.ds.dl             (4)  Trong đó:  I  [A]  và  J  [A/m2]  là  cường  độ  và  mật  độ  dòng  điện  trong dây dẫn;  B [T] và F [N] là từ cảm và  lực điện từ tác động lên  dây dẫn;  Hình 1. Mô hình cụ thể kích thước mạch từ và cuộn dây MBA ds, dl là các thành phần vi phân diện tích và chiều dài.  Vậy để tính được lực điện từ tác động lên dây dẫn, ta  Bảng 1. Thông số điện cơ bản của MBA VĐH cần phải xác định các thành phần của từ cảm B trong kết  Thứ tự Thông số Giá trị cấu khung dây dẫn và mật độ dòng điện trong dây dẫn đó.  1  Số pha  3  2.3. Từ trường trong khung dây 2  Tần số [Hz]  50 
  3. ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 11(96).2015, QUYỂN 2 7 3  Công suất [kVA]  630  bỏ qua trong mô hình.  4  Nối dây  Δ/Y  5  Điện áp dây CA/HA [kV]  22/0,4  6  Dòng điện pha định mức CA/HA [A]  9,55/909,33  7  Số vòng dây của cuộn CA/HA [vòng]  1715/18  Lõi  thép  bằng  vật  liệu  từ  mềm  VĐH,  mã  hiệu  2605SA1, có từ cảm bão hòa là 1,63 T. Hình 2 là hình ảnh  thực tế của MBA VĐH sau khi bố trí lắp đặt dây quấn.    Hình 5. Tổn hao ngắn mạch của MBA 3.3. Chế độ ngắn mạch sự cố Mô  hình  tiếp  tục  thực  hiện  cho  ngắn  mạch  phía  HA  MBA  mà  thực  nghiệm  không  thực  hiện  được,  để  phân  tích và đưa ra kết quả dòng điện ngắn mạch, từ trường tản  Hình 2. Mô hình MBA trong thực tế và ứng suất lực điện từ tác dụng vào cuộn dây CA và HA.  Hình  3  cho  thấy  hình  dạng  của  một  mô  hình  MBA  trong môi trường Maxwell.    Hình 3. Mô hình MBA trong Maxwell Hình 6. Dòng điện ngắn mạch trên cuộn CA 3.2 Chế độ không tải và ngắn mạch thử nghiệm Quá trình ngắn mạch sự cố phía HA thực hiện tại thời  Phân tích mô hình, ta có kết quả mô phỏng về tổn hao  điểm 15 ms vì tại thời điểm này giá trị điện áp của pha B  không tải P0 và tổn hao ngắn mạch Pk ở Hình 4 và Hình 5.  bằng  0,  khi  đó  dòng  điện  ngắn  mạch  có  giá  trị  lớn  nhất.  Phân tích theo miền thời gian với thời gian phân tích được  được thiết lập là 0,1s với bước thời gian là 0,001s    Hình 4. Tổn hao không tải MBA Các  kết  quả  tổn  hao  được  so  sánh  với  giá  trị  đo  đạc    thực tế ở Bảng 2.  Hình 7. Dòng điện ngắn mạch trên cuộn HA Bảng 2. So sánh các giá trị mô phỏng và thực tế Kết  quả  phân  tích  dòng  điện  ngắn  mạch  cuộn  CA,  HA  Thứ tự  Thông số  Mô phỏng  Thực tế  Sai số %  được biểu diễn như Hình 6 và Hình 7, cho thấy rằng: Tại thời  Tổn hao không  điểm 25 ms, giá trị biên độ của dòng điện ngắn mạch cực đại  1  429,618  439,9  2,4  trên pha B của cuộn  CA là ICA_max= 305,07  A  và của  cuộn  tải: P0 [W]  Tổn hao ngắn  HA IHA_max=29066,8 A. Do đó, độ lớn dòng điện ngắn mạch  2  4978,3  5039,0  1,2  cực đại này lớn gấp 22,6 lần biên độ dòng điện định mức.  mạch Pk [W]  Từ kết quả so sánh ở Bảng 2, ta thấy sở dĩ giá trị mô  3.3.1. Phân bố từ trường tản phỏng  nhỏ  hơn  giá  trị  thực  tế,  bởi  vì  bản  thân  phương  Bài toán được phân tích theo  miền thời  gian, ta nhận  pháp PTHH là phương pháp gần đúng và mô phỏng đã bỏ  được  kết  quả  phân  bố  từ  cảm  trên  mạch  từ  và  cuộn  dây  qua các vật liệu cách điện và cấu trúc hỗ trợ MBA đang bị  khi ngắn mạch như ở Hình 8. 
  4. 8 Đoàn Thanh Bảo, Đoàn Đức Tùng, Phạm Hùng Phi, Phạm Văn Bình 4. Tính ứng suất nhiệt trong dây quấn khi có chênh lệch nhiệt độ giữa dây quấn và cách điện epoxy Tính  toán  ứng  suất  tổng  hợp  ở  dây  quấn  khi  MBA  ngắn mạch, cần xét hàng loạt ứng suất thành phần:  a. Ứng suất lực điện từ ngắn mạch;  b.  Ứng  suất  gây  ra  do  phân  bố  nhiệt  độ  không  đồng  đều lớp epoxy;  c. Ứng suất do chênh lệch nhiệt độ giữa dây quấn và  lớp epoxy;    Ứng  suất  lực  điện  từ  đã  được  tính  toán  ở  các  mục  Hình 8. Vectơ từ cảm trong cuộn dây khi ngắn mạch 3.3.2,  còn  các  ứng  suất  ở  b,  c  có  liên  quan  chặt  chẽ  với  Tại thời điểm t = 25 ms, ở Hình 8, ta thấy từ cảm tản  phân bố nhiệt độ thời điểm sau ngắn mạch đồng thời liên  phân  bố  tập  trung  ở  khu  vực  giữa  hai  cuộn  quấn  CA  và  quan đến bản chất vật liệu làm dây quấn và epoxy [4][13].  HA là lớn nhất và có giá trị Bmax = 1,492T.  Xét trường hợp cụ thể sau:  3.3.2. Phân tích ứng suất lực điện từ ngắn mạch Dây quấn hình trụ được tẩm epoxy, có hình dáng mô  Ứng  suất  lực  tổng  tác  dụng  lên  cuộn  dây  của  MBA  tả ở Hình 11, bề dày lớp epoxy là d2 – d1 = d4 – d3 = 5 mm  trên mặt phẳng 0xyz: xyz = Bxyz.Ixyz /S = Fxyz/S (N/m2)  Kết quả ứng suất lực tổng lớn nhất trên cuộn dây HA  và CA thể hiện ở hình dưới đây:  Hình 9. Phân bố ứng suất trên cuộn HA Hình 11. Các kích thước của dây quấn và lớp epoxy (mm) Thời  gian  ngắn  mạch là 2 giây,  nhiệt độ dây quấn tăng  tuyến tính từ nhiệt độ ổn định 1000C lên 2000C. Thực tế cho  thấy, dây quấn chịu ứng suất nhiệt lớn nhất ở giây đầu tiên.   Bảng 3. Các hằng số của dây quấn và vật liệu epoxy [14] Nhiệt độ tăng thêm 100 0C  373,15  Độ dãn nở nhiệt của đồng d  0,00000165  Modun đàn hồi của đồng E2 (GN/m2)  110  Hình 10. Phân bố ứng suất trên cuộn CA Hệ số poison đồng   0,33  Từ đồ thị phân bố ứng suất trên cuộn HA và CA ở Hình  Modun đàn hồi của epoxy E1 (GN/m2)  3,5  9 và  Hình 10 ta  nhận thấy  ứng  suất  lực  lớn  nhất cuộn dây  Hệ số poison epoxy   0,23  HA và CA tại vị trí giữa cuộn dây và có giá trị ở Bảng 3.  Bảng 3. Ứng suất lực tổng xzmax trên cuộn HA và CA Khi  MBA  ngắn  mạch,  dòng  điện  tăng  đột  ngột  làm  tăng  tổn  hao,  tăng  nhiệt  độ  của  máy.  Do  dây  quấn  tăng  Ứng suất max[N/m2] Cuộn HA Cuộn CA thêm nhiệt độ θ, dây quấn dãn nở, tăng kính thước d3 lên  Tổng ứng suất xyzmax  5,789.107  3,975.107  d3 + d3 và d2 lên d2 + d2  So sánh xyzmax với tbcp  5,789.107 
  5. ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 11(96).2015, QUYỂN 2 9 tăng kích thước epoxy từ d3 lên d3 - d”3. Ta có phương  4.4. Tổng ứng suất vùng biên trình cân bằng:  + Ứng suất hai đầu dây quấn:   d3  d3  d3  (9)  pz = - ’z2 - ’z3 - z4  Theo  định  luật  Hook  đối  với  biến  dạng  dây  quấn  và  Trong đó:  epoxy ta có:  ’z3; ’z2 và z4 (kết quả từ (16, 19, 21))  Dây quấn: t3  1 (t3  1 d3  1 z3 )  d3   (10)  E2 m2 m2 d3 Do vậy:  pz = 3208,9 (kN/m2)  1 1 1 d  Epoxy: t3  (t3  d3  z3 )  3   (11)  + Ứng suất dây quấn với lớp epoxy ngoài E1 m1 m1 d3 p = p’3 + p’32 + p3z + p”32  Ngoài ra:   t 3   t 3   d .   (12)  Trong đó: p’3; p3z (kết quả từ (16, 21))  Trong đó: ’t3, ’d3, ”t3, ”d3 được xác định:  p’32 được xác định từ phương trình:   p3 .(d32 + d12 );  p2 d22  d24  t3 = - d3 = - p3;  (13a)  d23 - d12  = p32 1              (22)  d24 - d22  d32  p3 (d24 + d32 ) t3 = ; d3  p3;  (13b)  Thế các giá trị vào (22) ta có: p’32 = 114,2 (kN/m2)  d24 - d23 p”32 được xác định từ phương trình:  Thay  thành  phần  (13a,b)  vào  (10)  và  (11)  lưu  ý   ”z = 0 kết hợp với (12) ta có:  z2 p32  d32 +d22  p32  1 d24 +d32 1   (23)  - =  2 2   p32  2 2   m2E2 E2  d3 -d1  m2E2  E1 d4 -d3 m1E1   1 d32 +d12 1 1 d24 +d32 1  z3 p3  2 2 - + 2 2 + + = d .    (14)  Thế các giá trị vào (23) ta có: p”32 = 0,83 (kN/m2)  E d  2 3 1 - d m E 2 2 E d 1 4 - d3 m1E1  m2 E2 Áp suất p’3 làm thay đổi chiều cao dây quấn từ h1 lên  Do vậy:  p = - 1505,6 (kN/m2)  h1+h1.  Bên  cạnh  đó  ’z3  làm  giảm  chiều  cao  h1  đi  một  + Ứng suất dây quấn với lớp epoxy trong lượng h’1 và phần epoxy bị nén, giảm chiều cao đi một  p2 = p’2 + p’23 + p2z + p”23  lượng bằng h”1. Ta thiết lập được phương trình:  Trong đó:   h1 2d 2 h h p’2; p2z (kết quả từ (19, 21))  p3 . . 2 3 2  σz 3 ( 1 + 2 )  0         (15)  m 2 E 2 d3  d1 E 2 E1 2 2 p’23 được xác định: p23 = - p2 3 d3 2  d32  1  (24)  Thế các dữ liệu và giải 2 phương trình (14) và (15), ta  d3 - d1  d 2  có nghiệm p’3 và ’z3  2 Thế các giá trị vào (24) ta có: p’23 = - 599,6 (kN/m2)   z3  605,2(kN / m )                 (16)   2 p”23 được xác định từ phương trình:  p3  583,5(kN / m ) 1 p  d2 + d2 1  p  d2 + d2 1  4.2. Ứng suất xuất hiện ở dây quấn và phần epoxy lớp trong = - 23  42 22    32  32 21    (25)  m2 E2 E2  d4 - d2 m2  E1  d3 - d1 m1  Tương  tự  như  cách  xác  định  ở  trên,  ta  lập  được  hệ  Thế các giá trị vào (25) ta có: p”23 = - 4,66 (kN/m2)  phương trình đối với các áp suất p’2 và ’z2 như sau:  Do vậy:  p2 = 1427,2 (kN/m2)   1 d2 +d2 1 1 d22 +d12 1  z2 - p2  42 22  + 2 2 + = d.    (17)  4.5. Tính ứng suất ngắn mạch tổng hợp  E2 d4 -d2 m2E2 E1 d2 -d1 mE 1 1  mE 2 2 Ứng suất tác dụng vào dây quấn MBA khô, tẩm cách điện  h1 2d2 h h - p2 . . 2 2 2  σz 2 ( 1  2 )  0             (18)  epoxy là tổng xếp chồng ứng suất do lực điện từ, ứng suất do  m2E2 d4  d2 E2 E1 độ chênh lệch nhiệt độ giữa dây quấn và epoxy, đồng thời ứng  Thay  thế  các  dữ  liệu  và  giải  2  phương  trình  (17)  và  lực do phân bố nhiệt độ không đồng đều ở cách điện.  (18), ta có nghiệm p’2 và ’z2  Ứng  suất  ngắn  mạch  tổng  hợp  này  được  thể  hiện   2   z2  2897,1( kN / m )    Hình 12.                 (19)  2 p2  682,9( kN / m ) 4.3. Ứng suất ở hai đầu dây quấn và epoxy Tương  tự  như  cách  xác  định  ở  trên,  ta  lập  được  hệ  phương trình đối với các áp suất p2z, p3z và z4 như sau:  -2, 726 p 3 z - 8,870 p 2 z    z4  0    (20)  10, 437 p 3 z ,811p 2 z    z4  0  5 12, 9 p 3 z  p 2 z  96, 2330 z4  26, 475.10 Giải hệ 3 phương trình (20), ta có nghiệm p3z; p2z và  z4 như sau:   p 3 z   2202, 5( kN / m 2 )   p 2 z  2714, 4(kN / m )   (21)  2 Hình 12. Ứng suất lực ngắn mạch tổng hợp  2   z4  5500,8(kN / m ) + Ứng suất tổng ở lớp epoxy ngoài: 
  6. 10 Đoàn Thanh Bảo, Đoàn Đức Tùng, Phạm Hùng Phi, Phạm Văn Bình 7 2 TÀI LIỆU THAM KHẢO xyz = xyz + p = 5,9395. 10  (N/m )  + Ứng suất tổng ở lớp epoxy trong:  [1] T. Steinmetz, B. Cranganu-Cretu, and J. Smajic, “Investigations of  xyz = xyz - p2 = 1,805. 107 (N/m2)  no-load and load losses in amorphous core dry-type transformers,”  The XIX International Conference on Electrical Machines - ICEM  + Ứng suất tổng ở hai đầu dây quấn:  2010, Sep. (2010), pp.1–6.  xyz = y + pz = 2,392. 107 (N/m2)  [2] Đoàn  Thanh  Bảo,  Đỗ Chí  Phi,  Phạm  Văn  Bình,  Đoàn  Đức  Tùng,  Võ Khánh Thoại, “Phân tích lực điện từ ngắn mạch của máy biến  Ta thấy ứng suất do lực điện từ tác động tại vùng biên  áp  vô  định  hình”  Tạp chí Khoa học & Công nghệ Đại học Đà bên ngoài của cuộn HA là lớn và nguy hiểm nhất, sau thời  Nẵng, số 11(84), Quyển 2, trang 1–9, 2014.  gian ngắn mạch lại cộng thêm (cùng chiều) ứng suất nhiệt  [3] Hyun-mo  Ahn  -  Ji-yeon  Lee,  -  Joong-kyoung  Kim,  and  Yeon-ho  nên càng nguy hiểm hơn.   Oh  -  Sang-yong  Jung,  “Finite-Element  Analysis  of  Short-Circuit  Electromagnetic Force in Power Transformer,” IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 47, no. 3, pp. 1267–1272, May 2011.  5. Kết luận [4] Phạm  Văn  Bình,  Lê  Văn  Doanh, Máy biến áp – lý thuyết – vận Bài  báo  đã  sử  dụng  phần  mềm  Ansys  Maxwell  3D  hành - bảo dưỡng - thử nghiệm,  Nxb Khoa học và Kỹ thuật, Hà theo  miền  thời  gian  mô  phỏng  MBA  có  lõi  thép  VĐH  3  Nội, lần 2, năm 2011.  pha công  suất 630 kVA, điện áp 22/0,4 kV  trong  trường  [5] Hajiaghasi, S. and K. Abbaszadeh, “Analysis of Electromagnetic Forces  hợp ngắn mạch sự cố đồng thời cả 3 pha phía HA MBA.  in  Distribution  Transformers  Under  Various  Internal  Short-Circuit  Faults,” CIRED Regional - Iran, Tehran, vol. 13–14, pp. 1–9, 2013.  Tại  thời  điểm  t  =  25  ms,  dòng  điện  ngắn  mạch  cực  đại  [6] Marcel  Dekler,  “Transformer_Engineering_-_Design_and_Practice  -  trên pha B của cuộn CA và HA lớn gấp 22,6 lần biên độ  Chapter 6: Short Circuit Stresses and Strength,” no. year 2000, pp. 231–275.  Iđm, phân tích kết quả từ cảm tản và tính tổng ứng suất lực  [7] Mouhamad, M., C. Elleau, F. Mazaleyrat, C. Guillaume, and B. Jarry,  điện từ lớn nhất trên cuộn HA xyz = 5,789.107 N/m2, trên  “Short-Circuit  Withstand  Tests  of  Metglas  2605SA1-Based,”  IEEE cuộn CA xyz = 3,975.107 N/m2. Sau đó, so sánh với ứng  Transactions on Magnetics, vol. 47, no. 10, pp. 4489–4492, 2011.  suất cho phép của dây quấn thì khi xảy ra ngắn mạch với  [8] Catalogue - Máy biến áp khô loại đúc, “Công ty cổ phần thiết bị điện -  (Electrical  Equipment  Joint  Stock  Company)  -  Tổng công ty thiết bị dòng  điện  cực  đại  thì  ứng  suất  lớn  nhất  trên  dây  quấn  điện Việt Nam,” www.thibidi.com.vn, p. 23, 2009.  chưa vượt quá giới hạn cho phép.  [9] Haifeng Zhong – WenhaoNiu - Tao Lin - Dong Han - Guo qiang  Vì  ứng  suất  điện  từ  trên  cuộn  HA  lớn  hơn  cuộn  CA,  Zhang, “The Analysis of Short-Circuit Withstanding Ability for A  nên tính toán ứng suất nhiệt được tính cho cuộn HA. Tính  800KVA/10KV  Shell-Form  Power  Transformer  with  Amorphous  Alloy  Cores,”  2012 IEEE International Conference on Electricity ứng  suất  nhiệt  trên  cuộn  HA  khi  có  chênh  lệch  nhiệt  độ  Distribution (CICED), no. 2161–7481, pp. 1–5, 2012.  giữa  dây  quấn  và  cách  điện  epoxy.  Kết  quả,  ứng  suất  ở  [10] Hyun-mo Ahn - Yeon-ho Oh and - Joong-kyoung Kim - Jae-sung  lớp epoxy ngoài cùng chiều với ứng suất điện từ nên giá  Song  -  Sung-chin  Hahn,  “Experimental  Verification  and  Finite  trị ứng suất tổng hợp: xyz = 5,9395. 107 (N/m2) > xyz.  Element Analysis of Short-Circuit Electromagnetic Force for Dry- Type  Transformer,”  IEEE Transactions on Magnetics,  vol.  48,   Do  vậy,  để  tính  ứng  suất  tổng  hợp  tác  dụng  vào  dây  no. 2, pp. 819–822, February, 2012.  quấn MBA khô, tẩm cách điện epoxy, chúng ta phải tính  [11] J.  Y.  Lee  -  H.M  Ahn  -J.  K.  Kim  and  -  Y.  H.Oh  -  S.  C.  Hahn,  tổng  xếp  chồng  ứng  suất  do  lực  điện  từ;  ứng  suất  do  độ  “Finite  element  analysis  of  short  circuit  electromagnetic  force  in  chênh lệch nhiệt độ giữa dây quấn và epoxy; và ứng suất  power  transformer,”  2009 International Conference on Electrical Machines and Systems, no. 4, pp. 1–4, 2009.  do phân bố nhiệt độ không đồng đều ở lớp epoxy. Từ đó  [12] M. R. Feyzi and M. Sabahi, “Finite element analyses of short circuit forces in  đưa ra khuyến cáo cho kỹ thuật cần đặt vị trí gá nẹp cuộn  power transformers  with asymmetric conditions,” 2008 IEEE International dây cho phù hợp.  Symposium on Industrial Electronics, no. 1, (2008), pp. 576–581.  Việc tính toán tìm ứng suất lực tổng lớn nhất trên cuộn  [13] Nhữ  Mai  Phương,  Lý thuyết đàn hồi,  NXB Giáo Dục Việt Nam,   tr. 81, 2009.  dây trong điều kiện ngắn mạch là rất cần thiết trong thiết  [14] Nguyễn Hoa Thịnh - Nguyễn Đình Đức, Vật liệu composite cơ học kế, sản xuất, thử nghiệm và vận hành MBA VĐH.  và công nghệ, Nxb Khoa học và Kỹ thuật,  Hà  Nội,  tr.  351, 2002. (BBT nhận bài: 14/07/2015, phản biện xong: 02/09/2015)
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2