Tính toán kích thước chủ yếu của máy biến áp Điện lực ngâm dầu có thông số.

Đồ án môn học máy điện
Lời nói đầu
Trong những năm gần đây, các máy biến áp điện lực có vai trò ngày càng
quan trọng trong quá trình phân phối và truyền tải năng lợng điện, vì trên thực
tế các nhà máy sản xuất điện thờng ở những nơi thuận lợi cho việc xây dựng
nhà máy sản xuất điện nh Sông Đà (Hoà Bình), Thác Ya- li, Sơn La ,hoặc có
thể xuất khẩu điện năng sang các nớc lân cận, chứ không thuận tiện cho việc
tiêu thụ điện năng mà những nơi tiêu thụ điện năng nh hộ tiêu dùng điện, các
nhà máy sản xuất, các khu công nghiệp lại thờng ở rất xa. Để sử dụng tối đa
năng lợng điện đã sản xuất ra ngời ta phải đề ra giải pháp truyền tải điện năng
đi xa, đồng thời cũng tránh sự mất mát năng lợng điện trong quá trình truyền
tải thì biện pháp nâng cao điện áp ở đầu đờng truyền tải là có hiệu quả và có
tính khả thi nhất. Và đến nơi tiêu thụ lại phải có biện pháp hạ thấp điện áp phù
hợp với yêu cầu sử dụng.
Vì vậy, nhiệm vụ thiết kế các loại máy biến áp điện lực là hết sức cần thiết.
Ngày nay, các máy biến áp điện lực của nớc ta cũng nh của nhiều nớc trên thế
giới đã đợc chế tạo theo những tiêu chuẩn thích hợp hơn, có những thông số kỹ
thật cao hơn trớc đây rất nhiều. Cho nên những tính toán thiết kế dới đây chỉ
mang tính Thiết kế môn học với trình tự tính toán thiết kế một máy biến áp
đơn chiếc với thông số máy biến áp do giáo viên hớng dẫn môn học đề ra.
Đề:Tính toán kích thớc chủ yếu của máy biến áp điện lực ngâm dầu có
thông số:
S =1000 KVA U
CA
/U
HA
= 15/0,4 KV
P
o
=1650 W P
n

=13000 W
u
n
% =5
Tổ nối dây D/Y
0
-11.
Đợc sự giúp đỡ của các thầy cô trong bộ môn Thiết bị điện,đặc biệt là sự
hớng dẫn tận tình của thầy Bùi Đức Hùng em đã hoàn thành đồ án của mình.
Qua bản đồ án môn học này đã giúp em hiểu và làm quen với công việc thiết
kế Mba nói riêng và máy điện nói chung. Mặc dù đã rất cố gắng trong quá
trình thiết kế nhng chắc chắn không tránh khỏi những sai sót , em mong các
thầy, cô cùng các bạn đóng góp những ý kiến xây dựng .
Em xin chân thành cảm ơn .
Hà nội . Ngày 14.11.2006
Sinh viên
Lê Thị Thu Hơng
Lê Thị Thu Hơng - Lớp TBĐ 1 - K47
1
Đồ án môn học máy điện
Mục lục
Chơng I: Mở đầu 3
Chơng II: Tính toán các kích thớc chủ yếu ...4
Chơng III: Tính toán dây quấn ...9
Chơng IV: Tính toán các tham số ngắn mạch .14
Chơng V: Tính toán cuối cùng về hệ thống mạch từ ...18
Chơng VI: Tính tổn hao và dòng điện không tải .20
Chơng VII: Tính toán nhiệt .22
Chơng VIII: Trình tự tính toán thùng có ống ..25
Chơng IX:Tính toán cuối cùng nhiệt độ chênh của dây

quấn .......27
Lê Thị Thu Hơng - Lớp TBĐ 1 - K47
2
Đồ án môn học máy điện
ChơngI: mở đầu
I. giới thiệu chung về máy biến áp ngâm dầu
Máy biến áp điện lực đóng một vai trì quan trọng trong hệ thống điện.
Đó là một phần không thể thiếu trong việc truỳên tải điện năng. Để tải điện
năng đi xa từ nhà máy điện đến hộ tiêu thụ trong các hệ thống điện hiện nay
cần phải có tối thiểu bốn đến năm lần tăng giảm điện áp.
Cùng với sự phát triển của khoa học kĩ thuật, nền công nghiệp chế tạo
máy biến áp hiện nay có những phát triển mới đáng kể. Càng ngày máy biến áp
càng đợc nâng cao hơn hiệu suất, giảm tổn hao, tăng hiệu quả kinh tế đáp ứng
nhu cầu của con ngời.
Để đáp ứng nhu cầu và nâng cao hiệu quả kinh tế hiện nay trong ngành
chế tạo máy biến áp ngời ta dùng chủ yếu là thép cán lạnh có suất tổn hao và
công suất từ hóa thấp hay đặc biệt thấp.
I. Nhiệm vụ thiết kế
Nhiệm vụ thiết kế máy biến áp là đơn chiếc.Thoả mãn những số liệu sau
đây:
1. Công suất toàn phần mba S=1000(kVA).
2. Số pha m=3.
3. Tần số f=50hz.
4. Điện áp định mức HA:U
2
=0,4kv và CA:U
1
=15kv số cấp và phạm vi
điều chỉnh 2*2,5%.
5. Sơ đồ và tổ nối dây quấn DY

0
-11.
6. Phơng pháp làm nguội mba là ngâm dầu.
7. Đặc điểm của tải dài hạn.
8. Đặc điểm của thiết bị đặt trong nhà.
9. Điện áp ngắn mạch U
n
%=5.
10. Tổn hao ngắn mạch P
n
=13000w.
11. Tổn hao không tải P
0
=1650w.
12. Dòng điện không tải i
0.
Chơng II:
Lê Thị Thu Hơng - Lớp TBĐ 1 - K47
3
Đồ án môn học máy điện
tính toán các kích thớc chủ yếu
I. Xác định các đại lợng cơ bản
1. Dung lợng một pha
)(33,333
3
1000
kVAS
==
Dung lợng trên mỗi trụ:
)(33,333

3
1000
' kVAS
==
2. Dòng địên dây định mức
Phía CA:
)(49,38
15.3
1000
1
AI
==
Phía HA:
)(38,1443
4,0.3
1000
2
AI
==
3. Dòng điện pha định mức
Vì dây quấn nối DY
0
:
)(22,22
3
38,49
3
1
I
1

I A
f
===
)(38,1443
2
2
AI
f
I
==
4. Điện áp pha định mức
Phía CA:
U
f2
=U
2
=15(kv)
Phía HA:
)(231,0
3
4,0
3
1
1
kv
U
U
ù
===
5. Điện áp thử của các dây quấn

Dây quấn HA: U
th1
=5kV.
Dây quấn CA:U
th2
= 45kV.
II. Chọn các số liệu xuất phát và tính các kích
thớc chủ yếu
1. Chiều rộng quy đổi của rãnh từ tản giữa dây quấn HA và CA với
U
th2
=45kV,theo bảng 19 ta có a
12
=20mm,
12
=4mm.Trong rãnh a
12
đặt
ống cách điện dày
12
=4mm .theo (2-36)và bảng12:
)(0214,010.33,3335.010.'
3
2
4
2
4
21
mSk
aa

===
+

A
r
=a
12
+(a
1
+a
2
)/3=20+21,4=41,4(mm)
2. Hệ số quy đổi từ trờng tản lấy k
r
=0,95
3. Các thành phần điện áp ngắn mạch
Lê Thị Thu Hơng - Lớp TBĐ 1 - K47
4
Đồ án môn học máy điện
(%)3,1
10.1000
13000
10.
===
S
n
P
nr
U
(%)83,43.15

2
222
===
nr
U
n
U
nx
U
4. Chọn tôn cán lạnh mã hiệu M4X có chiều dày 0,28mm
Theo bảng 11: ta chọn từ cảm trong trụ B
t
=1,55T
Theo bảng 6:
Cách ép trụ :bằng đai thuỷ tinh.
Cách ép gông: bằng xà, đai ép bán nguyệt.
Hình dáng tiết diện gông số bậc ít hơn trụ 2 bậc.
K
g
=1,015-1,025 chọn k
g
=1,025.
Vì là sử dụng tôn cán lạnh nên dùng mối nối nghiêng cả trụ giữa
(hình 1-5d).
Lê Thị Thu Hơng - Lớp TBĐ 1 - K47
5
Đồ án môn học máy điện
Theo bảng 4:chọn số bậc thang trong trụ là 8,không có tâm sắt ép trụ
k
c

=0,928( hệ số chêm kín) Số bậc thang trong gông là 7.
Bảng 10:k
d
=0,95.Hệ số lợi dụng lõi sắt k
ld
=k
c
.k
đ
=0,928.0,95=0,8816.
Từ cảm trong gông B
g
=B
t
/k
g
=1,55/1,025=1,512(T)
Từ cảm ở khe hở không khí mối nỗi xiên
)(096,12/55,12/
'
T
t
B
k
B
===
Bảng 45:suất tổn hao ở trụ và gông p
t
=0,981(w/kg),p
g

=0,908(w/kg).
5.Các khoảng cách cách điện chính theo U
t
=45kv
Bảng 18: trụ đến HA: a
01
=15mm.
Bảng19: dây quấn HA và CA: a
12
=20mm.
ống cách điện giữa CA và HA:
12
=4mm
giữa các dây quấn CA và CA: a
22
=18mm
tấm chắn giữa các pha:
22
=2mm
giữa dây quấn CA đến gông: l
0
=50mm.
phần đầu thừa của ống cách điện: l
02
=50mm
6. Hằng số tính toán a,b gần đúng
Bảng 13,14:a=1,4;b=0,31.
7. Bảng 15:k
f
=0,91

8. Chọn hệ số
Ta tính các hệ số:
Theo (2-38):
2082,0
8816,0.55,1.83,4.50
95,0.0405,0.33,333
.507,0
2
.
2
..
.'.
.507,0
4
22
4
===
ld
k
t
B
Ux
Uf
r
k
r
aS
A
Theo (2-43):
A

1
=5,663.10
4
.A
3
.k
ld
.a=5,663. 10
4
.0,2082
3
.0,8816.1,4=630,8(kg).
Theo(2-44):
A
2
=3,605. 10
4
.A
2
.k
ld
.l
0
=3,605. 10
4
.0,2082
2
.0,8816.0,05=68,89(kg).
Theo (2-49a):
B

1
=2,4. 10
4
.A
3
.k
ld
.k
g
.(a+b+e) (có e=0,41)
=2,4.10
4
.1,025.0,8816.0,2082
3
.(1,4+0,31+0,41)
=414,97(kg)
Lê Thị Thu Hơng - Lớp TBĐ 1 - K47
6
Đồ án môn học máy điện
Theo (2-50a):
B
2
=2,4.10
4
.k
g
.k
ld
.A
2

.(a
12
+a
22
)
=2,4.10
4
.1,025.0,8816.0,2082
2
.(0,018+0,02)
=35,72(kg)
Theo (2-56b):
)(52,503
3,1.55,1.2082,0.8816,0.91,0
4,1.1000
.10.46,2
.
2
.
2
.
2
.
2
.
.
222
2
2
1

kg
nr
U
t
BA
ld
k
f
k
aS
dq
kC
===

Diện tích khe hở ở mối nối nghiêng
t
T
k
T .2'
=
Trọng lợng một góc của lõi theo(2-66c):
G
0
=0,492.10
4
.k
g
.k
ld
.A

3
.x
3
=0,492.10
4
.1,025.0,8816.0,2082
3
.x
3
=40,13.x
3
Tiết diện trụ (2-68a):
T
t
=0,785.k
ld
.A
2
.x
2
=0,785.0,8816.0,2082
2
.x
2
=0,03.x
2
ở mối nối nghiêng
22
.0424,0.03,0.2.2
'

xx
t
T
t
T
===
Theo (5-23)
P
0
=k
pf
.p
t
.(G
t
+G
0
.k
po
/2)+k
pf
.p
g
.(G
g
-(N+2)/G
0
+k
po
.G

0
/2)
Theo bảng 48:k
pf
=1,13
Theo bảng 47:k
po
=9,1
P
0
=1,13.0,981.(G
t
+G
0
.9,1/2)+1,13.0,908.(G
g
-6.G
0
+9,1.G
0
/2)
=1,10853.G
t
+1,026.G
g
+3,556G
0
Theo (2-42):
G
t

=A
1
/x+A
2
.x
2
=630,8/x+68,89.x
2
Theo (2-48):
G
g
=B
1
x
3
+B
2
.x
2
=414,97.x
3
+35,72.x
2
G
dq
=C
1
/x
2
=503,52

G
fe
=G
t
+G
g
C
td
=G
t
+G
g
+k
dqfe
.k.G
dq
=G
fe
+2,19.1,06.G
dq
=G
fe
+2,321.G
dq
Với giới hạn P
0
= 1650w đã cho ta tìm đợc trên đồ thị P
0
= f() trị số <=
1,835.

Trên đồ thị C
tđ
= f() cho trị số =1,85 ứng với C
tdmin
=2200,6425.
Vậy ta lấy giá trị =1,835 thoả mãn điều kiện < P
0
, và giá thành nhỏ
nhất.
8. Đờng kính trụ sắt
)(2423,0
4
835,1.2082,0
4
mAd
===

Chọn đờng kính tiêu chuẩngần nhất d
đm
=0,24m.
Tính lại trị số:
766,1)
2082,0
24,0
()(
44
===
A
dm
d

Với giá trị này trọng lợng dây quấn G
dq
=378,8972kg, trọng lợng lõi
sắt G
fe
=1321,9256kg, tổn hao dòng không tải P
0
=1627,6233w, giá thành vật
Lê Thị Thu Hơng - Lớp TBĐ 1 - K47
7
Đồ án môn học máy điện
liệu tác dụng C
td
= 2201,3459 lớn hơn giá thành cực tiểu lúc
min
là 0,7034
không đến 1%.
9. Đờng kính trung bình của rãnh dầu sơ bộ theo (2 - 41)
d
12
=a.d=1,4.0,24=0,366(m)
10. Chiều cao dây quấn sơ bộ
)(5977,0
766,1
336,0.
.
12
m
d

l
===



11. Tiết diện hữu hiệu của trụ sắt (thuần sắt) theo(2-80)
)(03988,0
4
24,0.
.95,0.928,0
4
2
.
..
2
2
m
dm
d
c
k
d
k
t
T
===


Chơngiii: Tính toán dây quấn
i.dâyquấn hạ áp:

1. Sức điện động của 1 vòng dây
U
v
=4,44.f.B
t
.T
t
=4,44.50.1,55.0,03988=13,723(V).
Lê Thị Thu Hơng - Lớp TBĐ 1 - K47
8
Đồ án môn học máy điện
2. Số vòng dây 1 pha của dây quấn HA (3-5)
)(178,16
723,13
231
1
1
1
vong
v
U
f
U
v
U
t
U
W
====
Tính lại

)(588,13
17
231
v
v
U
==
3. Mật độ dòng điện trung bình
)/(57,310,
336,0.1000
588,13.13000
.91,0.746,0
12
.
.
..746,0
24
mMA
dS
v
U
n
P
f
k
tb
===
4. Tiết diện vòng dây sơ bộ(3-10)
)
2

(3,404
6
10.
6
10.57,3
38,1443
6
10.
1
1
' mm
tb
I
T
=

=


=
Theo bảng 38 với S=1000kVA,T
t
=1443,38A;U
1
=400V;T
1
=404,3mm
2
ta
chọn kiểu dây quấn hình xoắn mạch kép dây dẫn chữ nhật,

số sợi chập song song 4 đến 12-16 và lớn hơn. Số đệm cách điện giữa các bánh
dây là 8(bảng30). Bề rộng tấm đệm b
n
=40mm
Theo Bảng 54a:-Chiều cao rãnh dầu ngang h
r1
=5mm.
5. Chiều cao hớng trục của mỗivòng dây.(3-19)
mmm
r
h
w
l
v
h 2,28)(0282,0005,0
117
5977,0
1
1
1
1
==
+
=
+
=
Chọn kiểu dây quấn hình xoắn kép có rãnh dầu ngang giữa các bánh
dây, hoán vị phân bố đều.
6. Theo bảng 21 với T
1

=404,3mm
2
và h
v1
=28,2mm
Chọn tiết diện dây gồm 8 sợi song song chia thành hai nhóm(dây quấn
hình xoắn kép ) mỗi nhóm 4sợi có rãnh dầu ngang ở giữa hai nhóm là 5mm.
Quy cách dây quấn nh sau:
2,52
30,1200,5
80,1150,4
8.
ì
ì
ì
ì
bA
7. Tiết diện mỗi vòng dây T
1
= 8.52,2 = 417,6(mm
2
)
8. Chiều cao thực mỗi vòng dây h
v1
=2.12,3 + 5 = 29,6(mm)
9. Mật độ dòng địên thực của dây quấn HA

)/(456,3
6,417
6

10.38,1443
2
1
1
1
mMA
T
I
===
10. Chiều cao thực của dây quấn HA
Theo(3-23c),lấy k=0,95
l
1
= 2.b.10
-3
.(w
1
+1) + k.h
1
.(2.w
1
+1).10
-3
= 2.12,3.10
-3
.(17 + 1) + 0,95.5.(2.17 + 1).10
-3
= 609,05 (mm)
12. Chiều dày dây quấn HA
mmma

n
v
n
a 20)(
3
10.20
3
10.5.
2
8
3
10'..
1
1
=

=

=

=
14. Đờng kính trong của dây quấn
D
2
=d + 2.a
01
.10
-3
(theo bảng 18 a
01

=15mm
Lê Thị Thu Hơng - Lớp TBĐ 1 - K47
9
Đồ án môn học máy điện
D
1
=0,2423 +2.15.10
-3
=0,2723(m)
15. Đờng kính ngoài của dây quấn HA
D
1
= D
1
+ 2.a
1
=0,2723 + 2.0,02 = 0,3123(m)
16.Bề mặt làm lạnh của dây quấn
Với dây quấn hình xoắn kép có rãnh dầu ở giữa tất cả các bánh dây
M
1
=4.t.k..(D
1
+a
1
).(a
1
+b.10
-3
).w

1
=4.3.0,75. .(0,2723 + 0,02).(0,02 + 12,3.10
-3
).17
=4,538(m
2
)
17.Trọng lợng đồng dây quấn hạ áp:
G
cu1
=t. .(D
1
+D
1
)/2.W
1
.T
1
.
cu
=3. .(0,2723 + 0,3123)/2,17.417,6.8900.10
-6
=174,06(kg)
Dây quấn hoán vị phân bố đều tại 8 chỗ theo chiều cao dây quấn.Hoán
vị đầu tiên sau vòng thứ nhất,hoán vị thứ hai cách 2 vòng tức ở vòng thứ ba,..
hoán vị thứ 8 sau vòng thứ 15.
II. Dây quấn cao áp
1. Số vòng dây của dây quấn cao áp ứng với điện áp định mức
)(1104896,1103
231

15000
.17
1
2
.
2
1
vong
f
U
f
U
w
dm
W
===
2. Số vòng dây của một cấp điều chỉnh
Có 4 cấp điều chỉnh:
W
đc
= 0,025.W
2đm
= 0,025.1104 =27,6(vòng) 28vòng.
3. Số vòng dây tơng ứng ở các đầu phân áp là
Cấp: 15750V W
2
=1104 + 2.28=1160(vòng)
Cấp: 15375V W
2
=1104 + 1.28=1132(vòng)

Cấp: 15000V W
2
=1104 +0.28 =1104(vòng)
Cấp: 14625V W
2
=1104 - 1.28=1076(vòng)
Cấp: 14250V W
2
=1104 - 2.28=1048(vòng)
4. Mật độ dòng điện sơ bộ

2
= 2.
tb
-
1
= 2.3,57 - 3,456 = 3,684(MA/m
2
)
5. Tiết diện sơ bộ vòng dây
)(03,6
6
10.684,3
22,22
6
10.
2
2
'
2

2
mm
T
T
=

=


=
6. Theo bảng 38
S = 1000kVA, U
2
=15000kV, T
2
= 6,03mm
2
, I
t2
= 22,22A
Ta chọn kết cấu dây quấn kiểu hình ống nhiều lớp dây dẫn
chữ nhật.
Sơ đồ điều chỉnh điện áp
Lê Thị Thu Hơng - Lớp TBĐ 1 - K47
10