Tài liệu Nghiên cứu phân bố nhiệt của máy biến áp lõi thép vô định hình khi bị sự cố ngắn mạch

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN LÊ HOÀNG GIA TRƢỜNG NGHIÊN CỨU PHÂN BỐ NHIỆT CỦA MÁY BIẾN ÁP LÕI THÉP VÔ ĐỊNH HÌNH KHI BỊ SỰ CỐ NGẮN MẠCH LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN Bình Định – Năm 2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN LÊ HOÀNG GIA TRƢỜNG NGHIÊN CỨU PHÂN BỐ NHIỆT CỦA MÁY BIẾN ÁP LÕI THÉP VÔ ĐỊNH HÌNH KHI BỊ SỰ CỐ NGẮN MẠCH Ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 8520201 Ngƣời hƣớng dẫn: TS. Đoàn Thanh Bảo i LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất cứ công trình nào khác. Tác giả luận văn Lê Hoàng Gia Trƣờng ii LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, tôi xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc và kính trọng đến thầy hướng dẫn khoa học trực tiếp, TS. Đoàn Thanh Bảo đã trực tiếp hướng dẫn, định hướng khoa học trong quá trình nghiên cứu. Thầy đã dành nhiều thời gian và tâm huyết, hỗ trợ về mọi mặt để tác giả hoàn thành luận văn. Tác giả xin trân trọng cảm ơn Ban lãnh đạo khoa Kỹ thuật & Công nghệ, trường Đại học Quy Nhơn đã tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu. Chân thành cảm ơn quý Thầy Bộ môn Kỹ thuật điện và khoa Kỹ thuật & Công nghệ đã cung cấp bản quyền phần mềm ANSYS tại Phòng Tính toán mô phỏng để tôi hoàn thiện luận văn. Tác giả xin trân trọng cảm ơn Lãnh đạo Xí nghiệp Thoát nước - Công ty Cổ phần Môi trường Bình Định, nơi tác giả đang công tác, đã tạo điều kiện thuận lợi về công việc và thời gian để tác giả hoàn thành luận văn. Cuối cùng, tác giả xin bày tỏ l ng iết ơn đến mẹ, anh chị trong gia đình đã luôn ở n tác giả những lúc khó khăn nhất, để hỗ trợ về tài chính và tinh thần, giúp tác giả có thể hoàn thiện luận văn này. iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ..................................................................................................i LỜI CẢM ƠN ..................................................................................................... ii MỤC LỤC .......................................................................................................... iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ................................................................. v DANH MỤC CÁC BẢNG ..................................................................................vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ .................................................... vii MỞ ĐẦU ............................................................................................................... 1 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PHÂN BỐ NHIỆT ĐỘ CỦA MÁY BIẾN ÁP LÕI THÉP VÔ ĐỊNH HÌNH........................................................................ 4 1.1. Máy biến áp lõi thép vô định hình .......................................................... 4 1.2. Mô hình tính toán phân bố nhiệt MBA .................................................. 9 1.2.1. Nguồn nhiệt MBA ............................................................................... 9 1.2.2. Dẫn nhiệt............................................................................................ 12 1.2.3. Trao đổi nhiệt đối lưu ........................................................................ 19 1.2.4. Trao đổi nhiệt bức xạ ......................................................................... 23 1.3. Các công trình nghiên cứu về phân bố nhiệt của MBA ...................... 24 1.3.1. Lực điện từ tác dụng lên dây quấn MBA .......................................... 24 1.3.2. Phân bố nhiệt MBA ........................................................................... 27 1.4. Kết luận chƣơng 1 ................................................................................... 30 CHƢƠNG 2: MÔ HÌNH GIẢI TÍCH TÍNH ỨNG SUẤT NHIỆT TRÊN DÂY QUẤN MÁY BIẾN ÁP KHI NGẮN MẠCH ......................................... 31 2.1. Tính dòng ngắn mạch trên cuộn dây CA và HA của MBA ................ 31 2.2. Tính lực điện từ trên cuộn dây CA và HA khi MBA ngắn mạch ...... 35 iv 2.3. Mô hình giải tích MBA VĐH công suất 1000kVA, điện áp 22/0,4kV 40 2.3.1. Thông số dây quấn HA và lớp epoxy ................................................ 40 2.3.2. Tính ứng lực vào dây quấn khi có chênh lệch nhiệt độ giữa dây quấn và epoxy ....................................................................................................... 42 2.3.3. Tổng ứng suất vùng biên ................................................................... 49 2.3.4. Tính ứng suất lực ngắn mạch tổng hợp ............................................. 50 2.4. Kết luận chƣơng 2 ................................................................................... 51 CHƢƠNG 3: PHÂN TÍCH PHÂN BỐ NHIỆT CỦA MÁY BIẾN ÁP LÕI THÉP VÔ ĐỊNH HÌNH BẰNG CHUỖI PHẦN MỀM ANSYS ................... 53 3.1. Mô hình MBA VĐH................................................................................ 53 3.2. Mô phỏng 3D phân bố nhiệt MBA ........................................................ 53 3.3. Mô phỏng phân bố nhiệt MBA lõi thép VĐH khi làm việc ở chế độ định mức ......................................................................................................... 55 3.4. Mô phỏng phân bố nhiệt MBA lõi thép VĐH khi làm việc ở chế độ quá tải và khi có ngắn mạch sự cố ............................................................... 56 3.4.1. Mô phỏng phân bố nhiệt MBA 1000kVA làm việc ở chế độ 150% tải định mức ...................................................................................................... 56 3.4.2. Mô phỏng phân bố nhiệt MBA 1000kVA trong trường hợp ngắn mạch sự cố ................................................................................................... 58 3.5. Kết luận chƣơng 3 ................................................................................... 60 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................................... 62 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................... 63 PHỤ LỤC............................................................................................................ 67 v DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Số thứ tự Tên gọi Từ viết tắt 1 Vô định hình VĐH 2 Máy biến áp MBA 3 Cuộn cao áp CA 4 Cuộn hạ áp HA 5 Phần tử hữu hạn PTHH 6 Finite Element Method FEM 7 Computational Fluid Daynamics CFD vi DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu bảng Tên bảng Trang Bảng 2.1 Các giá trị thông số điện cơ ản của MBA 31 Bảng 2.2 Bảng kết quả d ng điện ngắn mạch cực đại 35 Bảng 2.3 Bảng kích thước mạch từ và cuộn dây của MBA 36 Bảng 2.4 Bảng giá trị lực điện từ lớn nhất trên cuộn HA và cuộn CA 40 Bảng 2.5 Kích thước của cuộn dây và lớp epoxy MBA 1000kVA 41 Bảng 2.6 Các hằng số dây quấn [16] 42 Bảng 2.7 Giải thích các kí hiệu thành phần ứng suất nhiệt 43 Bảng 3.1 Phân bố nhiệt độ lớn nhất trong 3 trường hợp 59 vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Số hiệu hình ảnh Tên hình vẽ Trang Hình 1.1 Lõi thép VĐH của MBA 5 Hình 1.2 Đường cong từ trễ của vật liệu VĐH là thép Silic [18] 5 Hình 1.3 Cấu trúc nguyên tử thép silic (trái) và thép VĐH (phải) 6 Hình 1.4 Chu trình chế tạo vật liệu VĐH [3] 6 Hình 1.5 Vecto Grad(t) 13 Hình 1.6 Cân bằng nhiệt cho phân tố thể tích dv 14 Hình 1.7 Dẫn nhiệt qua vách trụ n lớp [6] 16 Hình 1.8 Dẫn nhiệt qua vách trụ khi có nguồn nhiệt bên trong 18 Hình 1.9 Ứng suất điện từ phân bố theo chiều cao cuộn CA [22] 25 Hình 1.10 Lực hướng kính (a) và hướng trục (b) trên cuộn CA [23] 25 Hình 1.11 Lực hướng kính (a) và hướng trục (b) trên cuộn HA [23] 26 Hình 1.12 Cuộn HA và CA MBA lõi thép VĐH sau khi ị tác dụng của lực điện từ ngắn mạch [26] 27 Hình 1.13 (a) Nghiên cứu phân bố nhiệt; (b) Mạch nhiệt của MBA khô [12] 28 Hình 1.14 (a) Mô phỏng phân bố nhiệt độ MBA khô; (b) nhiệt độ cuộn cao áp và (c) nhiệt độ cuộn HA [12] 28 Hình 1.15 Mô phỏng phân bố nhiệt MBA bằng phần mềm COMSOL Multiphysics [13] 29 Hình 1.16 Phân bố nhiệt độ (a) lõi thép, (b) cuộn HA, (c) cuộn CA [14] 29 Hình 2.1 D ng điện ngắn mạch trên cuộn CA 34 Hình 2.2 D ng điện ngắn mạch trên cuộn HA 34 viii Hình 2.3 Các kích thước mạch từ và cuộn dây của MBA 36 Hình 2.4 Đồ thị lực điện từ hướng kính Fx của cuộn HA 37 Hình 2.5 Đồ thị lực điện từ hướng trục Fy của cuộn HA 37 Hình 2.6 Đồ thị lực điện từ hướng kính Fx của cuộn CA 38 Hình 2.7 Đồ thị lực điện từ hướng trục Fy của cuộn CA 38 Hình 2.8 Đồ thị phân bố lực điện từ Fxy tại cạnh ngoài cùng cuộn HA 39 Hình 2.9 Đồ thị phân bố lực điện từ Fxy tại cạnh trong cùng cuộn CA 39 Hình 2.10 Các kích thước của cuộn dây và lớp epoxy [6] 41 Hình 2.11 Áp suất thay đổi chiều cao dây quấn [6] 43 Hình 2.12 Ứng suất lực ngắn mạch tổng hợp 51 Hình 3.1 Mô hình MBA VĐH 1000kVA 53 Hình 3.2 Mô hình mô phỏng MBA khô 1000 kVA 54 Hình 3.3 Lưới mô phỏng MBA khô 1000 kVA 54 Hình 3.4 Phân bố nhiệt độ MBA 1000kVA 22/0,4kV ở chế độ tải định mức 55 Hình 3.5 Phân bố nhiệt độ và điểm nóng nhất trên cuộn CA (a) và trên cuộn HA (b) trong trường hợp tải định mức 56 Hình 3.6 Phân bố nhiệt độ MBA 1000kVA ở chế độ 150% tải định mức 57 Hình 3.7 Phân bố nhiệt và điểm nóng nhất trên cuộn CA (a) và cuộn HA (b) ở trường hợp 150% tải định mức 58 Hình 3.8 Phân bố nhiệt độ MBA 1000kVA ngắn mạch HA sau thời gian 3s 59 1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Máy biến áp (MBA) luôn đóng góp một vai trò hết sức quan trọng trong cơ sở hạ tầng của hệ thống điện, nó chiếm tỉ lệ lớn trong tổng công suất của hệ thống MBA. Trong điều kiện làm việc ình thường, MBA có sự tản nhiệt tốt nên lớp cách điện vẫn đảm bảo, không ảnh hưởng đến độ bền của cuộn dây. Tuy nhiên, khi xảy ra ngắn mạch hay các sự cố dòng, áp bị tăng cao thì lực từ, điện trường này lớn sẽ rất nguy hiểm đối với cuộn dây. Thực tế, trong quá trình vận hành nó đã xảy ra các sự cố về hư hỏng cuộn dây, cháy cách điện như ở Hình 1. Các dạng sự cố này gây ra làm cho MBA hư hỏng nặng nề, khó khắc phục và sửa chữa. Chính vì vậy, việc nghiên cứu phân bố nhiệt trong MBA ở các chế độ khi bị quá dòng hoặc quá áp, rất quan trọng. Nó giúp chúng ta phát hiện ra các vùng phân bố nhiệt độ cao và nhiệt độ ình thường của MBA. Từ đó, đưa ra được các phương án để giảm thiểu thiệt hại từ các sự cố, trở thành một vấn đề cấp thiết trong thiết kế, sản xuất, thử nghiệm và vận hành MBA. Hình 1: Lớp cách điện của máy biến áp bị phá hủy khi sự cố ngắn mạch MBA lõi thép vô định hình (VĐH) do có cấu trúc đặc biệt của lõi thép và cuộn dây là hình chữ nhật nên phân bố điện trường, từ trường tản sẽ không 2 đối xứng trên cùng một vòng dây. Quá trình làm mát và tản nhiệt của MBA gặp nhiều khó khăn. Hình 2: MBA lõi thép vô định hình Vì vậy, để mục đích nghi n cứu chuy n sâu hơn n n tôi chọn đề tài: ‘‘Nghiên cứu phân bố nhiệt của máy biến áp lõi thép vô định hình khi bị sự cố ngắn mạch” là rất cần thiết và có ý nghĩa khoa học. 2. Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu đề tài 3.1. Mục đích nghiên cứu Dựa trên tính cấp thiết cũng như về tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước, đề tài hướng đến mục tiêu sau: Xây dựng cơ sở lý thuyết tính toán, mô phỏng phân bố nhiệt độ khi xảy ra sự cố ngắn mạch của MBA lõi thép VĐH. 3.2. Nhiệm vụ nghiên cứu - Tìm hiểu tổng quan về MBA VĐH. - Lý thuyết về nhiệt độ, tản nhiệt, làm mát và sự già hóa cách điện MBA. - Phân tích phân bố nhiệt của máy biến áp bằng chuỗi phần mềm ANSYS. 3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu 4.1. Đối tượng nghiên cứu MBA phân phối lõi thép VĐH có công suất 1000 kVA dùng trong hệ thống lưới điện phân phối 22kV của Điện lực Bình Định. 3 4.2. Phạm vi nghiên cứu - Tập trung vào mô hình phân bố nhiệt dây quấn sự bị sự cố ngắn mạch. - Ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn bằng phần mềm mô phỏng Ansys Maxwell 2D và 3D để tìm phân bố nhiệt độ trên cuộn dây. 4. Phƣơng pháp nghiên cứu - Thực hiện mô phỏng trên phần mềm để đánh quá về sự phân bố nhiệt độ của dây quấn MBA trong các trường hợp sự cố ngắn mạch. - Dựa trên các bộ giải ANSYS: Ansys Maxwell 3D; Ansys Mechanical; Ansys Workbench. 5. Cấu trúc nội dung luận văn Nội dung nghiên cứu của luận văn được trình ày trong 3 chương và phụ lục, cụ thể: Mở đầu: Trình bày các vấn đề chung của luận văn, tóm tắt về nội dung nghiên cứu; Chƣơng 1: Tổng quan về phân bố nhiệt độ của máy biến áp lõi thép vô định hình; Chƣơng 2: Mô hình giải tích tính ứng suất nhiệt trên dây quấn MBA khi ngắn mạch; Chƣơng 3: Phân tích phân bố nhiệt của máy biến áp lõi thép vô định hình bằng chuỗi phần mềm ANSYS. 4 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PHÂN BỐ NHIỆT ĐỘ CỦA MÁY BIẾN ÁP LÕI THÉP VÔ ĐỊNH HÌNH 1.1. Máy biến áp lõi thép vô định hình Tổng công suất MBA tr n lưới điện là rất lớn, do vậy tổn hao của MBA chiếm một phần đáng kể trên tổng tổn hao của toàn lưới điện. Để hiệu suất sử dụng điện được cao hơn, một mặt phải tăng hiệu suất của các thiết bị sử dụng điện, mặt khác phải tăng hiệu suất của các MBA, tức là chế tạo các MBA với tổn hao nhỏ hơn. Công nghệ vật liệu phát triển và đã có nhiều phát hiện về các loại vật liệu mới, các tính năng mới của các loại vật liệu khác nhau. Công nghệ chế tạo MBA cũng có nhiều thành tựu lớn và dần dần giảm tổn hao của MBA, nâng cao hiệu suất của MBA. Có nhiều cách để giảm tổn hao MBA như: + Sự tiến bộ trong công nghệ chế tạo các vật liệu dẫn từ. Ngày nay các vật liệu dẫn từ (làm lõi thép MBA) được nghiên cứu chế tạo theo hướng giảm thấp suất tổn hao. Một số các vật liệu mới đã được ứng dụng trong phạm vi hẹp như thép Silic siêu mỏng, hợp kim không kết tinh với độ dẫn từ cao... đã góp phần giúp chế tạo ra những thế hệ MBA mới có tổn hao không tải giảm rõ rệt so với máy biến thế thông thường hiện nay. + Việc áp dụng các công nghệ mới trong chế tạo lõi thép MBA: sử dụng các dây chuyền tự động pha ăng và cắt chéo lá thép, kết cấu lõi thép xếp nghiêng 45° theo kiểu Step-lap, công nghệ chế tạo lõi sắt kiểu quấn (theo chiều ngang hoặc chiều đứng), công nghệ ủ hạ nhiệt lõi thép... cũng làm cho tổn hao của MBA giảm một cách tương đối. 5 Hình 1.1: Lõi thép VĐH của MBA Vật liệu VĐH đã được nghiên cứu và sử dụng làm lõi thép của MBA do nó có nhiều ưu điểm hơn so với vật liệu thép silic thông thường như: mắt từ trễ nhỏ hơn nhằm giảm đi tổn hao từ trễ, mỏng và có điện trở suất lớn góp phần giảm tổn hao dòng Foucault. Hình 1.2: Đường cong từ trễ của vật liệu VĐH là thép Silic [18] Trên thế giới hiện nay đã có nhiều nước dùng MBA có lõi thép làm bằng vật liệu VĐH như: Mỹ, Nhật, Brazil, Trung Quốc,... giúp cho MBA có tổn hao sắt từ nhỏ hơn so với MBA có lõi thép bằng vật liệu thép silic. Nó đã góp phần giảm tổn thất trong lưới điện. Chính vì vậy mà xu hướng phát triển hiện 6 nay ngoài sử dụng MBA lõi thép bằng vật liệu thép silic mà chuyển sang dùng cả MBA có sử dụng vật liệu VĐH. Vật liệu VĐH là chất rắn không có trật tự xa (hay cấu trúc tuần hoàn) về vị trí cấu trúc nguy n tử (chất rắn có trật tự xa về vị trí cấu trúc nguy n tử gọi là chất rắn tinh thể). Hình 1.3: Cấu trúc nguyên tử thép silic (trái) và thép VĐH (phải) Khác với thép silic, thép VĐH không có cấu trúc mạng tinh thể. Cấu trúc phân tử của thép phụ thuộc cách làm nguội. Nấu thép, làm nguội từ từ, các nguy n tử thép được sắp xếp mạng tinh thể. Nếu là nguội đột ngột các nguy n tử có thể không đủ thời gian sắp xếp theo mạng tinh thể mà theo dạng VĐH (Hình 1.3). Thép VĐH có cấu trúc tương tự thủy tinh vì vậy người ta cũng gọi là thủy tinh kim loại. Hình 1.4: Chu trình chế tạo vật liệu VĐH [3] 7 Kim loại được nấu chảy rồi chuyển đến bộ phận làm nguội. Ở đây do kim loại lỏng bị hạ nhiệt độ đột ngột, kim loại được kết tinh lại không phải ở dạng tinh thể mà tồn tại dưới dạng thép VĐH. Thép VĐH được kéo thành dạng ăng dày cỡ 0,03 mm. Thông qua thiết bị điều khiển và cuộn ăng nguyên liệu VĐH hình thành ta có được các cuộn nguyên liệu VĐH. Vật liệu VĐH có nhiều ứng dụng được dùng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như: lõi MBA, biến dòng, lõi cuộn cảm... Từ những năm 80 của thế kỷ XX, thì người ta mới bắt đầu sử dụng vật liệu VĐH làm lõi MBA. Đồng thời, cũng có nhiều nghiên cứu về tính ưu việt của MBA sử dụng lõi thép VĐH như: + Năm 1987, tác giả Lupi đã đề cập đến vấn đề kinh tế khi sử dụng MBA VĐH và đưa ra so sánh kinh phí giữa việc sử dụng MBA VĐH với MBA thép silic từ đó khẳng định việc sử dụng MBA VĐH có hiệu quả kinh tế cao hơn [20]. + Các tài liệu [6], [1], [17], đã đề cập đến vấn đề kinh tế khi sử dụng MBA VĐH và đưa ra so sánh chi phí tổn thất giữa hai loại MBA lõi thép silic thông thường và lõi VĐH, từ đó khẳng định sử dụng MBA VĐH giảm tổn hao không tải từ 60 - 70% và sẽ mang lại hiệu quả kinh tế cao. Ngày 10 tháng 12 năm 2009, lần đầu tiên ở nước ta đưa việc nghiên cứu ứng dụng vật liệu VĐH làm lõi thép MBA điện lực; Bộ trưởng Bộ Công Thương đã ký Quyết định số 6228/QĐ – BCT về: Kế hoạch khoa học công nghệ năm 2010 [1] với nội dung cụ thể như sau: “Thiết kế chế tạo chế tạo MBA giảm tổn hao không tải ử d ng vật liệu thép từ VĐH siêu mỏng, chế tạo trong nước”. Ngày 13 tháng 1 năm 2012, Công ty Hitachi Metals đã phối hợp với với Trung tâm tiết kiệm năng lượng Tp. Hồ Chí Minh đã tổ chức hội thảo: “MBA lõi thép VĐH hiệu suất cao và ứng d ng hiệu quả tại Việt Nam” Theo xu hướng phát triển sắp tới của lưới điện ta thấy: 8 + Càng ngày các văn ản quy phạm về an toàn lưới điện, an toàn phòng chống cháy nổ cho các tòa cao ốc, chung cư, văn ph ng… càng trở nên hoàn thiện. Do vậy, việc sử dụng MBA khô cho các trường hợp này sẽ là yêu cầu bắt buộc. Và với tốc độ đô thị hóa như hiện tại ta có thể thấy nhu cầu về MBA khô là rất lớn. + Giá trị tổn hao của các MBA sản xuất ra giảm li n tục, nhất là các tổn hao không tải. Các tiêu chuẩn kỹ thuật về tổn hao MBA ngày càng nhỏ hơn. Các nhà sản xuất bắt buộc phải tuân thủ tiêu chuẩn kỹ thuật này. Như vậy có thể nhận định rằng, việc đưa vào sản xuất MBA khô có lõi thép bằng vật liệu VĐH đại trà tại Việt Nam là cần thiết. Tuy nhi n, trước hết chúng ta cần phải đầu tư triển khai các nghiên cứu về MBA khô có lõi thép VĐH là điều cấp thiết. Những vấn đề cần giải quyết như: + Nắm bắt đặc tính kỹ thuật của vật liệu cách điện epoxy giúp tính toán thiết kế tối ưu về thể tích, trọng lượng, giảm độ ồn, giảm tổn hao phù hợp với điều kiện môi trường, khí hậu Việt Nam. + Nghiên cứu về các đặc tính điện từ - cơ - nhiệt của MBA khô lõi thép VĐH ằng cách sử dụng các phần mềm mô phỏng số. Khi sử dụng mô phỏng số, chúng ta có thể dễ dàng thay đổi các tham số, tạo ra nhiều mô hình ảo đáp ứng yêu cầu thiết kế mà không tốn th m chi phí nào. Điều này tạo tiền đề cho việc thiết kế và tối ưu hóa MBA cũng như những thiết bị điện khác. Kết quả của việc nghiên cứu này cũng phục vụ cho việc theo dõi, xử lý sự cố, duy trì bảo dưỡng thiết bị. + MBA VĐH do có cấu trúc đặc biệt của lõi thép và cuộn dây là hình chữ nhật nên phân bố điện trường, từ trường tản và phân bố lực tác dụng l n cuộn dây cũng sẽ không đối xứng trên cùng một v ng dây. Đặc biệt hơn là lúc xảy ra ngắn mạch thì lực này lớn sẽ rất nguy hiểm đối với cuộn dây. + Khi MBA khô có lõi thép VĐH ngắn mạch ngoài lực điện từ thì còn có lực nhiệt động tác dụng lên dây quấn MBA. Lực nhiệt động khi ngắn mạch là 9 do sự thay đổi phân bố nhiệt, thay đổi nhiệt độ làm việc tạo ra ứng suất do phân bố nhiệt độ không đồng đều trong lớp epoxy, ứng suất do chênh lệch nhiệt độ giữa dây quấn và lớp epoxy. Lực nhiệt động liên quan chặt chẽ đến phân bố nhiệt độ sau thời điểm ngắn mạch đồng thời li n quan đến bản chất vật liệu làm dây quấn và epoxy. 1.2. Mô hình tính toán phân bố nhiệt MBA 1.2.1. Nguồn nhiệt MBA Nguồn phát nhiệt chủ yếu trong MBA là mạch từ và dây quấn. Tổn hao lõi thép và tổn hao đồng gọi là tổn hao chính, ngoài ra còn các tổn hao phụ như tổn hao phụ dây quấn (do đầu nối, dòng Foucault trong dây dẫn), tổn hao phụ lõi thép (từ trường tản móc vòng vật liệu kết cấu, vỏ th ng)… đều biến thành nhiệt trong MBA. Kết nối điện không tốt bên trong các MBA, dẫn đến một điện trở tiếp xúc cao, gây ra nhiệt độ cao hơn. Nhiệt độ quá cao do sự nóng lên của bu lông nằm trong đường dẫn của từ trường tản, có thể làm hỏng gioăng. Nhiệt sinh ra do tất cả những tổn hao phải được truyền ra môi trường để tránh làm lõi thép, dây quấn và các bộ phận cấu trúc quá nhiệt độ cho phép, tránh làm vật liệu cách điện chóng hóa già. Nếu cách điện chịu nhiệt độ cao hơn giá trị cho phép trong một thời gian dài, nó sẽ mất tính chất cách điện; nói cách khác là giảm tuổi thọ cách điện, ảnh hưởng nghiêm trọng đến tuổi thọ biến áp. - Tổn hao trong dây quấn: Tổn hao trong dây quấn ∆𝑃’u gây ra bởi d ng điện xoay chiều sẽ lớn hơn giá trị tính theo công thức [5]: Pu'  mI12 R1d  mI 22R 2d (1.1) Trong đó: m – số pha R1d, R2d – điện trở pha của dây quấn sơ cấp và thứ cấp đo với dòng một chiều 10 I1, I2 – giá trị hiệu dụng d ng điện sơ cấp, thứ cấp MBA Tổn hao ∆𝑃’u trong công thức gọi là tổn hao chính, sai khác giữa tổn hao do d ng điện xoay chiều tạo nên và tổn hao chính ∆𝑃’u được gọi là tổn hao phụ trong dây quấn. Tổn hao phụ do d ng điện cảm ứng trong kim loại do từ trường tản gây nên, và còn do dùng dây quấn song song không được hoán vị triệt để [5]. Tổn hao phụ thường được đặc trưng ằng hệ số tổn hao phụ k 1 [5] Pu  k1m1I12R1d  k 2 m 2 I 22R 2d (1.2) Hệ số k phụ thuộc vào độ dẫn điện và cách tạo dây quấn, vào tần số, vào vật liệu chế tạo dây dẫn và vào nhiệt độ. Vì vậy k được xác định riêng cho từng dây quấn. Theo quy định nhà nước, đo tổn thất dây quấn ở nhiệt độ 75℃ từng dây quấn phải thỏa mãn điều kiện: Pu 75C  k 75C mI 2 R 75C  k 75C mI 2 l tb N  75Cs (1.3) Trong đó: ltb – chiều dài trung bình vòng dây N – số vòng dây s – tiết diện dây  75C - điện dẫn suất dây dẫn ở 75оC 6 1 1 Dây quấn đồng có  75C  47.10  m 6 1 1 Dây quấn nhôm có  75C  28,5.10  m Tổn hao lõi thép gồm có hai loại: tổn hao từ trễ và tổn hao do d ng điện xoáy (dòng Foucault). Tổn hao từ trễ phụ thuộc vào thành phần hóa học của lá thép, vào nhiệt độ và phương pháp gia công cơ khí. Tạp chất như cac on, lưu huỳnh, oxy,… làm tăng tổn hao từ trễ. Không để cac on vượt quá 0,01% ở thép cán nguội. Tăng thành phần silic làm giảm tổn hao từ trễ, giảm tổn hao Foucault (do tăng điện trở suất của vật liệu). Nhưng lượng silic quá nhiều