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

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.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tính toán ứng suất lực ngắn mạch tổng hợp trên dây quấn của máy biến áp lõi thép vô định hình 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 ...