thiết kế máy biến dòng điện ngâm dầu tiêu chuẩn iec

Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy biến dòng điện
Mục lục
Lời nói đầu 3
Chơng I: Phân tích chọn phơng án Tính cách điện
4
I. Giới thiệu chung về máy biến dòng : 4
1> Phân loại máy biến dòng: 5
2) Giới thiệu một số máy Biến dòng: 7
2.1 Máy biến dòng khô: 7
2.2 Máy biến dòng điện ngâm dầu 35KV: 9
2.3 Máy Biến Dòng điện ngâm dầu 400KV: 9
2.4 Máy Biến dòng kiểu mới 10
II> Tính cách điện: 13
1) Yêu cầu cách điện: 13
2. Phóng điện trong điện môi lỏng (trong dầu biến áp) 14
3.Phóng điện trong điện môi rắn: 15
4.Vật liệu cách điện: 17
5)Tính khoảng cách cách điện giữa cuộn cao áp(sơ cấp) và hạ áp (thứ cấp): 18
CHƯƠNG II TíNH TOáN ĐIệN Từ 20
I.Chọn Vật liệu từ : 20
II.Tính toán điện từ : 22
2.1 Số vòng dây quấn : 22
2.2 Xác định kích thớc lõi thép: 22
2.3 Thiết kế dây quấn: 23
2.4 Khoảng cách cách điện ,kích thớc cuộn dây sơ cấp: 24
2.5 Điện trở cuộn sơ cấp : 26
2.6 kích thớc cuộn thứ cấp 26
2.7 điện kháng cuộn thứ cấp 27
2.8) Trọng lợng sắt và đồng sử dụng 28
Chơng III Xác định sai số của Máy Biến Dòng 30
1. Tính toán sai số với dòng điện I1=I1đm: 30

2.Sai số của Máy Biến Dòng ở dòng điện I1/I1đm=10% định mức : 33
3.Sai số của Máy Biến Dòng ở dòng điện I1/I1đm=20% định mức : 34
4.Sai số của Máy Biến Dòng ở dòng điện I1/I1đm=40% 36
5.Sai số của Máy Biến Dòng ở dòng điện I1/I1đm=60% 37
6.Sai số của Máy Biến Dòng ở dòng điện I1/I1đm=80% 39
7.Sai số của Máy Biến Dòng ở dòng điện I1/I1đm=120% 40
8.Các yếu tố ảnh hởng đến sai số của Máy Biến Dòng 42
9.Các biện pháp hiệu chỉnh sai số Máy Biến Dòng : 44
10.Hiệu chỉnh sai số Máy Biến Dòng : 46
11.Tính bội số cực đại của dòng điện thứ cấp : 47
12.Bội số 10%: 48
13.Điện áp khi hở mạch thứ cấp máy biến dòng 53
Chơng IV Tính Tổn hao và tính toán nhiệt 56
I tính tổn hao: 56
1.Tổn hao trong các chi tiết dẫn điện (tổn hao đồng) 56
2.Tổn hao sắt từ trong lõi thép : 56
3.Tổn Hao Trong các vật liệu cách điện 56

1
§å ¸n tèt nghiÖp thiÕt kÕ m¸y biÕn dßng ®iÖn
II>TÝnh to¸n nhiÖt: 57
1.TÝnh ®é bÒn nhiÖt 57
2.TÝnh nhiÖt cuén d©y s¬ cÊp: 59
Ch¬ng V TÝnh vµ thiÕt kÕ KÕt cÊu 63
I>KÕt cÊu m¹ch tõ: 63
II>KÕt cÊu vá: 64
III>kÕt cÊu c¸c phÇn vÝt,gi¸ ®ì: 65

2
Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy biến dòng điện

Lời nói đầu
Trong truyền tải và sử dụng điện luôn yêu cầu phải có đo lờng và bảo vệ.
Các khí cụ điện dùng trong đo lờng và bảo vệ rất đa dạng và phong phú,
khí cụ điện cao áp chủ yếu dùng trong hệ thống điện lực nh các trạm biến áp.
Máy biến dòng điện là một trong số các thiết bị này.
Quyển đồ án thiết kế Máy Biến Dòng điện ngâm dầu tiêu chuẩn IEC đợc
trình bầy gồm năm Chơng
Chơng I : Phân tích chọn phơng án tính cách điện.
Chơng II :Tính Toán điện từ.
Chơng III: Xác định sai số máy biến dòng.
Chơng IV: Tính tổn hao và tính toán nhiệt.
Chơng V : Tính và thiết kế kết cấu.
Do thời gian có hạn nên quyển đồ án tốt nghiệp không tránh đợc thiếu sót , em
rất mong nhận đợc sự góp ý của thầy cô và các bạn.
Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo T.S Bùi Tín Hữu đã tận tình hớng dẫn ,để
hoàn thành quyển đồ án tốt nghiệp này.
Hà Nội, tháng 5 năm 2005
Sinh Viên Thực Hiện


3
Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy biến dòng điện
Ch ơng I: Phân tích chọn phơng 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 lờng và bảo
vệ.
Hình 1
Tải của máy biến dòng đợc đấu vào cuộn thứ cấp W
2

của mbd và một đầu đợc
nối đất .Thứ tự đầu cuối của các cuộn dây đợc phân biệt đánh dấu .
Các thông số cơ bản :
-Điện áp định mức của lới 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 hạn ,theo
phát nóng có d 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 thờng 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 điện 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 .

4

I
1
=1
I
2
W
2
Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy biến dòng điện
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 lờng
+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 lờng 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 số
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 nh 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.

5
Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy biến dòng điện
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 kiểu 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

6
Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy biến dòng điện

2) Giới thiệu một số máy Biến dòng:
2.1 Máy biến dòng khô:
Máy Biến Dòng loại một
vòng dây sơ cấp ,có cách điện
rắn, điện áp 10KV
Mạch từ 1 đợc quấn dạng
xuyến từ các lá tôn cán lạnh ,
đảm bảo dẫn từ tốt. Cuộn dây
thứ cấp w
2
đợc quấn rải đều trên
mạch từ. Đây là loại Máy
Biến Dòng kép ,có hai
mạch từ và hai cuộn dây thứ cấp ,chung cuộn dây sơ cấp là thanh dãn 4, xuyên
qua hai mạch từ . Cách điện rắn bằng êpôxy đảm bảo cách điện giữa thanh cái và
cuộn dây thứ cấp,đồng thời cố định khung lắp ráp 3. Loại biến dòng này có cấu
tạo đơn giản ,chắc chắn ,dùng cho mạch có dòng sơ cấp lớn.
Hình 4 là cấu tạo của m.b.d loại khô ,nhiều vòng dây sơ cấp .Mạch từ q ghép từ
các lá thép kỹ thuật điện .Cuộn Dây thứ cấp 2 cách điện với cuộn dây sơ cấp
nhiều vòng 1 bằng cách điện
epôxy 4 .Dòng điện sơ cấp đợc
đa vào đầu nối
1
và
2
. Còn
dòng điện thứ cấp đợc lấy ra từ
hai đầu H
1
và H

2
.Loại biến
dòng nhiều vòng
dây có sai số bé khi dòng điện
sơ cấp bé .

7
Hình 3
Hình 4
§å ¸n tèt nghiÖp thiÕt kÕ m¸y biÕn dßng ®iÖn

8
Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy biến dòng điện
2.2 Máy biến dòng điện ngâm dầu 35KV:
Đối với loại Máy Biến Dòng cách
điện khô chỉ dùng cho cấp điện áp
thấp dới 35KV và lắp đặt trong nhàVới điện áp từ
35KV trở lên và lắp đặt ngoài trời thì cách điện
của Máy Biến Dòng là dầu biến áp .Kết cấu của
m.b.d loại TH-35
lắp ngoài trời đợc cho ở hình 5
Cuộn dây cao áp 1 có nhiều vòng ,có cách điện
35KV so với đất ,nối với đầu vào 5 .Cuộn dây thứ
cấp 2 cách điện với mạch từ 3 ,có một đầu nối
đất . Cách điện giữa cuộn dây sơ cấp và thứ cấp 4 là
giấy cách điện dầy 0,12mm ngâm trong dầu. Sứ
cách điện 6 đảm bảo cách điện ngoài.
Sau khi tẩm sấy chân không ,dầu đợc nạp đầy ,đảm bảo không có không khí và
hơi nớc .Với kết cấu kiểu này ,biến dòng đạt cấp điện áp 220KV.
2.3 Máy Biến Dòng điện ngâm dầu 400KV:

Với cấp điện áp cao ,máy biến dòng đợc chế tạo kiểu nối tầng ,mỗi tầng chịu
một phần điện áp. Hình 6 trình bầy hình dáng và kết cấu biến dòng 400KV,2
tầng.
Cấu tạo
1-Vòng điện dung .
2 Mũ kim loại
3-ống chỉ mực dầu
4-Biến dòng thứ nhất
5-Cách điện ngoài
6-Dầu biến áp
7-Biến dòng thứ hai
8-Đế
Nhợc điểm chính của biến dòng hai
tầng là điện trở lớn ,dẫn đến sai số cao

9
Hình 6
Hình 5
Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy biến dòng điện
2.4 Máy Biến dòng kiểu mới
Ngoài loại biến dòng kinh điển làm việc Theo nguyên lý điện từ ngời ta còn chế
tạo Máy biến dòng kiểu mới dùng cho các lới điện siêu cao áp ,nhằm giảm chi
phí cách điện cho các biến dòng kinh điển.
Các biến dòng kiểu mới đợc 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
bi2
9
bi
Cáp

Quang
mức điện thế thấp
mức điện thế cao




Nguyên lý của máy biến dònh điện quang
Dòng điện sơ cấp I
s
đợc biến đổi qua BI1 kinh điển ,đa qua bộ điều biến 1,
chuyển thành đậi lợng 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 t-
ơng 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 .
Bớc sóng của tín hiệu quang khoảng 900mm đợc 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 lờng và bảo vệ .Biến dòng BI2 cùng với thiết bị phụ 9 nạp điện
cho bộ acqui nuôi hệ thống biến dòng điện quang.
b) hình 8 trình bầy Nguyên lý của biến dòng chuyển đổi từ quang Faraday.

10
Hình 7
Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy biến dòng điện
Một chùm sáng đợc phát ra từ nguồn sáng 1 phía điện áp thấp ,đợc cáp quang
dẫn đến bộ phân cực 2,chùm sáng sau khi đợc phân cực qua lăng kính L
1

để tới
tinh thể thạch anh 3A,tại đó dới tác dụng của từ trờng do dòng điện sơ cấp sinh
ra ,chùm sáng sẽ bị phân cực với góc quay là:
=V.H.L
Trong đó v hằng số Vợdet,với tinh thể thạch anh ,V=5,23.10
-6
rad/A.m
H cờng độ từ trờng 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 trờng trong tinh thể thạch anh 3b đợc tạo nên bởi dòng điện thứ
cấp I
T
.Hớng của từ trờng đợc chọn sao cho bù lại đợc góc quay phân cực để cho
I
s
w
s
=I
T
w
T
.Kết quả là góc quay
1
đợc bù lại góc quay
2
=-
1

trong thạch anh
3B.Mức ánh sáng nhận đợc 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
.
Mức Điện thế cao
Mức điện thế thấp
Cáp quang
Nguyên lý máy biến dòng từquang Faraday

11
Hình 8
Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy biến dòng điện
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 nhng trọng l-
ợng 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 loại 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.

12
Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy biến dòng điện
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 nớc ,mức độ này đảm bảo
khoảng cách cách điện cần thiết và kích thớc của các chi tiết cách điện :
+Nếu khoảng cách cách điện lớn quá dẫn tới lãng phí vật liệu cách điện cũng
nh 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 ,chịu tác dụng của lực cơ học tốt ,chịu nhiệt dẫn nhiệt lại ít
thấm nớc
-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 thờng .Đồng thời giá thành của máy không
cao.
-Việc chọn vật liệu cách điện trong máy điện só 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 thờng phải chọn tổng hợp nhiều loại
cách điện để thoả mãn nhu cầu về cách điện .
Vật liệu cách điện thờng dùng nhiều loại vật liệu liên hợp lại nh mêca áp
phiến ,chất phụ gia (giấy hay sợi thuỷ 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 yêu cầu về tính năng điện : có độ cách điện cao , dò điện ít. Ngoài
ra ra còn có yêu cầu về tính năng nhiệt : chiệu nhiệt tốt , dẫn nhiệt tốt và chịu
ẩm tốt.
Vật liệu cách điện dùng trong máy điện hợp thành một hệ thống cách điện.
Việc tổ hợp các vật liệu cách điện, việc dùng sơn hay keo để gắn chặt chúng
lại, ảnh hởng giữa các chất cách điện với nhau, cách gia công và tình trạng bề
mặt vật liệu vv sẽ quyết định tính năng về cơ, điện, nhiệt của hệ thống cách
điện.Trong môi trờng nhiệt đới vật liệu phải chịu nhiệt ,chịu ẩm tốt.

13
Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy biến dòng điện
-Đối với máy biến dòng cách điện yêu cầu :
+Giữa cuộn cao áp và cuộn hạ áp .
+Giữa cuộn cao áp và mạch từ .
+Giữa cuộn hạ áp và mạch từ .
+Cách điện giữa đầu nối đất cuộn cao áp (sơ cấp ) với kết cấu vỏ máy
biến dòng .
Môi trờng cách điện trong máy biến dòng ngâm dầu là dầu biến áp kết hợp với
điện moi rắn (các tông cách điện ,bakelit,giấy vải cách điện).Điện môi rắn đợc
sử dụng dới các hình thức lớp bọc ,lớp cách điện và màn chắn .
2. Phóng điện trong điện môi lỏng (trong dầu biến áp)
Dầu biến áp khi sạch có độ bề 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 biến áp sạch

cơ chế phóng điện cũng tơng tự nh chất khí ,các điện tử vốn có sẵn trong điện
môi hoạc đợc giải thoát từ bề mặt điện cực dới tác dụng của điện trờng sẽ di
chuyển và tích luỹ năng lợng .Sự va chạm của chúng với các phân tử chất lỏng
sẽ gây ion hoá 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
đờng tự do của điện tử rất ngắn và do đó để gây ion hoá va chạm thì điện trờng
và điện áp tác dụng phải có trị số cao hơn nhiều so với số liệu phóng điện
trong chất khí .
Khi chất lỏng có chứa tạp chất nh bọc khí ,ẩm ,sợi tơ phóng điện đợc giải
thích bởi sự hình thành cầu nối dẫn điện giữa các điện cực.
Xét trờng hợp khi chất lỏng có chứa bọc khí giả thiết có hình cầu nh hình
vẽ:hình 9
Do hằng số điện môi của chất khí bé hơn so với các chất lỏng nên cờng độ
điện trờng của bọc khí tăng cao dẫn đến quá trình ion hoá các phần tử khí
Sự di chuyển của các điện tích khác dấu trong
bọc khí do tác dụng của điện trờng sẽ kéo
theo sự biến dạng bọc khí từ hình cầu trở thành
hình elíp và sự liên kết giữa nhiều bọc khí elíp
sẽ dẫn tới sự hình thành cầu dẫn điện nối giữa
các điện cực.

14
Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy biến dòng điện
Khi tạp chất là ẩm (hạt nớc ) hoạc sợi tơ cũng sẽ hình thành các cầu nối nh 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 nhng chỉ cần
một lợng nhỏ ẩm trong dầu vợt quá giới hạn 0,05% thì độ bền điện chỉ còn
4KV/mm tức là giảm 5 đến 6 lần .

-ở điện áp xung độ bền điện hầu nh không thay đổi cho dù là có tạp chất .Điều
đó đợc giả 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 nh không thay đổi theo nhiệt độ khi
nhiệt độ
t C
khi t
0
không quá 80
0
C (đờng 1)
Khi dầu bị ẩm điện áp phóng điện chọc
thủng biến thiên theo đờng 2 và có giá trị cực đại ở nhiệt độ mà tại đó các hạt
nớc chuyển sang trạng thái hoà tan trong dầu.
3.Phóng điện trong điện môi rắn:
Lớp bọc là lớp vật liệu cách điện tơng đối mỏng (lớp sơn hoạc giấy bọc có
chiều dầy không quá 1-2mm).Tác dụng chủ yếu của nó là hạn chế sự hình

15
Hình9
Hình 10
Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy biến dòng điện
thành các cầu dẫn điện trong dầu .Theo kết quả thực nghiệm trong trờng hợp
gần đồng nhất ,do có lớp bọc nên điện áp phóng điện tần số công nhiệp của
khe hở dầu có thể tăng 50% hoạc cao hơn .
Lớp cách Là lớp cách điện khá dầy (hàng chục mm)quấn quanh dây dẫn .Nó
làm giảm cờng độ trờng ở xung quanh cực nên đợc sử dụng ở những nơi điện
trờng không đồng nhất nh dùng để bọc dây dây dẫn của cuộn dây .
Màn chắn : Trong máy biến dòng thờng chế tạo màn chắn bằng cactông cách
điện ,bakêlít .Khi đặt trong trờng không đồng nhất tác dụng của màn chắn

cũng tơng tự nh trong khe hở không khí :đặt trong khu vực trờng cực đại có thể
làm tăng điện áp phóng điện tần số công nghiệp lên hai lần . Nhng khi có màn
chắn thì sự ion hoá ở khu vực có điện trờng mạnh sẽ suất hiện sớm trớc khi
phóng điện , tình trạng này kéo dài sẽ không có lợi vì quá trình ion hoá kéo dài
sẽ phân hoá dầu và phá huỷ màn chắn. Do đó biện pháp này chỉ dùng khi điện
áp tác dụng trong thời gian ngắn nh các loại quá điện áp nội bộ
Trong trờng đồng nhất ,màn chắn có tác dụng ngăn cản sự hình thành của cầu
dẫn điện trong dầu .ở máy biến dòng 110KV do cờng độ điện trờng lớn nên
kết cấu cách điện khá phức tạp .Hình bên dới cho kết cấu cách điện chủ yếu
của máy biến dòng 110KV. Trên tất cả các đờng có khả năng phóng điện đều
phải đặt màn chắn (ống cách điện ,tấm chắn cách điện phẳng hoạc vuông góc )
với số lợng từ hai trở lên .

G
ô
n
g

t
ừ
Lõi thép
Hình 11 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

16
Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy biến dòng điện
4.Vật liệu cách điện:
a) Giấy cách điện:
Bảng bên cho cho kết quả đo độ bền cách điện của giấy theo FW.PEEKA

Thí nghiệm ứng với dòng có tần số 50Hz
Số tờ
giấy
độ dầy
của
độ dầy
của lớp
Cờng độ đánh thủng
KV/mm
ở 25
0
C
KV/mm
ở 25
0
C
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
Khi ngâm trong dầu ,hằng số điện môi của giấy dầu vào khoảng =4-4,3
Ngoài ra còn dùng vải sơn ,độ bền cách điện cho ở bảng dới :
Số tờ giấy
mỗi lớp
Chiều dầy Cờng độ đánh thủng
KV/mm
ở 25
0
C
KV/mm
ở25
0
C
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
Ngoài ra ngời ta còn hay dùng bìa cách điện ,bề mặt có thể đợc làm nhẵn hay
không nhẵn ,loại tấm có chiều dầy 0,3-15mm, loại cuộn có chiều dầy 0,1-
1mm.
Giấy cáp:Thờng dùng của Nga ký hiệu K08,K12,K17 có chiều dày là 0,08;
0,12; 0,17. Trong Máy Biến Dòng dùng nhiều loại K12, loại này có độ bền cơ

17
Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy biến dòng điện
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. Trớc khi ngâm dầu
giấy K12 có độ bền cao áp là 9KV/mm ,Sau khi ngâm dầu là 16 KV/mm.Loại
giấy này dùng để quấn bọc dây dẫn dùng làm dây quấn máy biến dòng, cách
điện lớp ,bọc tăng cờng các đầu ra, đầu chuyển tiếp.
5)Tính khoảng cách cách điện giữa cuộn cao áp(sơ cấp) và hạ áp
(thứ cấp):

)(
3
100
1
KVU

dm
=

Tính khoảng cách cách điện phụ thuộc vào điện áp phóng điện
Điện ấp đánh thủng giữa các thanh trong dầu theo hình 1-16 trang 29 sách khí
cụ điện cao áp với
)(
3
100
1
KVU
dm
=
thì khoảng cách phóng điện là d=4cm
Vậy để tính khoảng cách cách điện ta tra với
)(56,82
3
110
.3,1. KVUphongdienKdtU ===
đợc d=5cm
Theo sách thiết kế máy biến ấp Phạm Văn Bình Lê Văn Doanh hình 14-3 ta tra
khoảng cách cách điện giữa dây quấn cao áp và hạ áp đợc d=7cm

18
Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy biến dòng điện
mm
Hình 14-3
Khoảng cách cách điện
1. Giữa các dây quấn vn cạch nhau :
2.Giữa vn-nn; 3. Giữa trụ-nn

Theo hình 14-2 trang 97 sách thiết kế máy biến ấp Phạm Văn Bình Lê Văn
Doanh khoảng cách cách điện theo Arnolda tra đợc
Khoảng cách cách điện theo hớng trục d1=14cm
Khoảng cách cách diện theo hớng kính d2=9cm
Khoảng cách cách điện theo bảng 14-1 mmtrang 98
Điện áp định
mức ,KV
A B
6,3
10
15
20
8,5
10
12,5
15
15
17,5
22,5
27,5
65 M
0
50 120
M 35 70
110 M
0
85 200
M 60 125
160 M
0

125 290
M 95 220
220 M
0
200 450
M 120 360
M
0
- không có vành guốc cách điện

19
Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy biến dòng điện
m-có vành guốc cách điện
Theo bảng trên ta chọn loại có vành quốc cách điện lấy a=b=7cm
Tổng hợp lại lấy khoảng cách cách điện giữa cuộn cao áp và hạ áp 8,5cm lấy
khoảng cách điện giữa cuộn cao áp và mạch từ 9cm
Giữa cuộn cao áp và hạ áp và giữa cuộn cao áp và gông đặt các bìa cách
điện ,để làm tăng khả năng cách điện ở đây ta dùng 2 vành guốc .,đặt 2 ống
cách điện bakelit(đặt các vật lót đệm bằng gỗ ,căn cài ,căn dọc).
CHƯƠNG II TíNH TOáN ĐIệN Từ
I.Chọn Vật liệu từ :
Ngời ta thờng chọn các lá tôn mỏng khoảng 0,1-0,35mm chứa hàm lợng silic
(0,5-4,8%) ghép lại làm lõi Máy Biến Dòng .chất lợng tôn silic ảnh hởng nhiều

20
Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy biến dòng điện
đến cấp chính xác của m.b.d. Các loại tôn sillic để làm lõi máy biến dòng phải
có những tính chất sau:
1) Với cờng độ từ cảm nhỏ khoảng vài phần nghìn téla độ từ thẩm phải
cao.Tính chất này cho phép có đợc sai số nhỏ và đặc biệt quan trọng đối

với máy biến dòng đo lờng .
2) Để đảm bảo cho máy biến dòng bảo vệ có bội số 10% lớn yêu cầu độ
bão hoà cao.
3) Độ từ thẩm cao và không đổi trong khoảng thời gian rộng.
5) Tổn hao suất trong tôn nhỏ.
Ngoài ra còn phải thoả mãn tính kinh tế .Nếu có đợc những đặc tính tốt mà
tăng trọng lợng và kích thớc, giá thành cao thì cũng không phải phơng án
tối u.
Đối với yêu cầu về máy biến dòng lọai này chọn loại tôn M6T35,hãng terni
societa per Lindustria et Lelecticita theo sáng chế của hãng
Armco, dầy 0,35 mm cách điện bằng Carlite.
Có các đồ thị công suất từ hoá, tổn hao sắt từ. Trang 535-546 Sách thiết kế
máy biến áp Phạm Văn Bình và Lê Văn Doanh biên soạn.

21
Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy biến dòng điện
II.Tính toán điện từ :
*Các thông số ban đầu :
1.Dòng điện sơ cấp 300A
2.Dòng điện thứ cấp :5A
3.Điện áp sơ cấp định mức Uđm=110KV
4.Tải thứ cấp định mức S
2đm
=15VA
5.Cấp chính xác 5P
Tổng trở phụ tải của mbd
)(6,0
5
15
222

====
T
PT
T
T
pt
I
S
I
U
Z
2.1 Số vòng dây quấn :
I
1đm
dòng điện định mức cho trớc 300(A)
I
2đm
đại lợng tiêu chuẩn 5(A)
Số vòng dây thứ cấp xác định theo :
I
1đm
.W
1
=I
2đm
.W
2
Từ đây suy ra :
dm
dm

I
WI
W
2
11
2
.
Ư =
(2-1)
Với tôn kỹ thuật điện chất lợng tốt ta có thể chọn I
1đm
.W
1
trong khoảng 600-900
Avòng.
Vì vậy chọn W
1
=2(vòng )
Theo công thức trên suy ra W
2
=2.300/5=120(Vòng)
2.2 Xác định kích thớc lõi thép:
theo công thức 1-3b sách máy điện 1 E
2
=4,44.f.w
2
.
m
mà =B.Q

BW
E
Q
.Ư
.10.5,4
2
2
3
=
(m
2
) (2-2)
Trong đó
Q- tiết diện lõi thép
W
2
-Số vòng dây thứ cấp
B mật độ từ cảm (lấy trong khoảng 0,05-0,08T)
E
2
-Sức điện động thứ cấp .
Sức điện động thứ cấp bằng :
2
2
2
222
)()(. XXRRIE
ptpt
+++=

22
Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy biến dòng điện
Trong tính toán sơ bộ có thể lấy gần đúng R
t
R
2
và XtX
2
ttp
ZIXRIE 2.2
2
22
22
=+=
E
2
=2.5.0,6=6(V)
-Chọn mật độ từ cảm B=0,07568(T)
Thay số vào 2-2 ta đợc tiết diện lõi thép :
)(10.973,2
07568,0.120
10.6.5,4
.Ư
.10.5,4
23
3
2
2
3
m

BW
E
Q



===
-Chiều dầy của lõi thép đợc tính theo công thức 7-5 sách khí cụ điện cao áp :

).(
.2
aAKe
Q
b

=
Trong đó :b- chiều dầy lõi thép (mm)
(A-a )-chiều rộng của trụ lõi thép
K
e
hệ số ép chặt các lá tôn thờng lấy 0,8-0,85
Sơ bộ chọn a=22 (cm)
A=32 (cm)
Suy ra chiều dầy lõi thép
)(7
10.85,0
73,29.2
).(
.2
cm

aAKe
Q
b =

=
-Kích thớc lõi thép m.b.d đợc biểu diễn trên hình vẽ :
Hình 12
2.3 Thiết kế dây quấn:
chọn dây dẫn là dây dẫn đồng
a)Dây quấn sơ cấp :
Do dây quấn sơ cấp có dòng điện và điện áp lớn nên
dùng dây bẹt hoạc thanh dẫn
-Tiết diện dây sơ cấp :

23
1,5cm
1cm
Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy biến dòng điện
2
150
2
300
mm
j
I
q ===
Trong đó mật độ dòng điện j chọn =2A/mm.
Vậy dây quấn sơ cấp qồm hai vòng dây do các dây bẹt ghép lại có tiết diện
1 vòng dây S=150mm
2

.
b)Dây quấn thứ cấp
Với dòng điện I=5A chọn mật độ dòng điện j=2A/mm
2

2
5,2
2
5
mm
j
I
q ===
Tra bảng 7-5 trang 222 sách khí cụ điện cao áp chọn loại dây dẫn tròn
q=2,57mm
2
.
=1,81mm cách điện 2=0,4mm
-cuộn thứ cấp quấn làm bốn lớp
Số vòng dây 1 lớp
)(30
4
120
Ư
1
11
Vong
n
W
W ===

2.4 Khoảng cách cách điện ,kích thớc cuộn dây sơ cấp:
Dây dẫn hình chữ nhật gồm có 3 sợi chập
Ta theo bảng trang 255 sách khí cụ điện cao áp
1 sợi có kích thớc a=10mm
b=5mm
Tiết diện 1 sợi cha kể cách diện s=50mm
2
Chiều dầy cách điện 2 phía của dây 2=0,95mm
-Kích thớc dây sơ cấp khi chập 3 sợi : chọn cách điện quấn quanh 2 sợi
là 0,2mm .
Hình a) kích thớc 1 sợi
Hình b) kích thớc dây quấn sơ cấp .
a=10+2.0,95+0,2+0,2=12,3 (mm)
b=0,95.6+5.3+0,4=20,7 (mm)

24
Đồ án tốt nghiệp thiết kế máy biến dòng điện
Hình 13
Cuộn dây có 2 vòng,.Quấn theo thứ tự
Chọn cách điện giữa 2 vòng là 1mm
-Quấn quanh cuộn sơ cấp một lớp cách điện dầy 18(mm)
.
Hình 14
Chiều dài chiếm chỗ trên mạch từ của cuộn sơ cấp là
Dây quấn sơ cấp đợc quấn quanh ống phíp có kích thớc:23ì25ì10

25