Đồ Án Tốt Nghiệp Thiết Kế Máy Biến Áp Điện Lực Ba Pha Ngâm Dầu
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (470.64 KB, 76 trang )
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế máy biến áp điện lực ba pha ngâm dầu
LỜI NÓI ĐẦU
Máy biến áp điện lực là một bộ phận rất quan trọng trong hệ thống điện.
Hệ thống điện lực muốn truyền tải, phân phối công suất từ nhà máy điện đến
tận các hộ tiêu thụ một cách hợp lý, thường phải qua ba, bốn lần tăng, giảm
điện áp. Do vậy mà tổng công suất của máy biến áp điện lực thường gấp ba,
bốn lần công suất của trạm phát điện. Những máy biến áp dùng truyền tải và
phân phối công suất trong hệ thống điện lực gọi là máy biến áp điện lực.
Việc dùng máy biến áp tăng điện áp từ nhà máy lên lưới để truyền tải đi
xa, và ở cuối đường dây phải hạ điện áp để đưa đến hộ tiêu thụ…chẳng những
làm cho tổng công suất của hệ thống máy biến áp lớn mà tổn hao không tải P 0
cũng tăng. Hơn nữa do điều kiện địa hình, thời tiết, kinh tế mà mỗi lúc, mỗi nơi
yêu cầu các thông số kỹ thuật cũng như thông số định mức thay đổi. Do vậy việc
tính toán, thiết kế máy biến áp là một việc rất quan trọng trong chế tạo máy
biến áp điện lực.
Ngày nay, công nghệ chế tạo máy biến áp ngày càng phát triển và đòi hỏi
phải hoàn thiện hơn, vật liệu được chế tạo ngày càng tốt hơn. Vì vậy, việc tính
toán và thiết kế phải đảm bảo nhu cầu phát triển kinh tế và đạt chất lượng cao,
phải lấy chỉ tiêu kinh tế làm hàng đầu, giá thành vật liệu thấp nhất. Bên cạnh
chỉ tiêu kinh tế đòi hỏi tính năng kỹ thuật như: i 0%, P0, Un%, Pn… nằm trong
điều kiện cho phép ứng với mỗi loại công suất.
Trong giới hạn của đề tài, nội dung thiết kế máy biến áp điện lực gồm 5
chương:
- Chương I : Tính các đại lượng điện cơ bản.
- Chương II : Tính toán dây quấn máy biến áp.
- Chương III : Tính tổn hao và tham số ngắn mạch.
- Chương IV : Tính chính xác mạch từ và tham số không tải.
- Chương V : Tính toán nhiệt và chọn kết cấu vỏ thùng máy biến áp.
SVTH: Phan Hải Đời_ĐKT-K27
Trang 1
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế máy biến áp điện lực ba pha ngâm dầu
MỤC LỤC
Lời nói đầu....................................................................................................3
Tổng quan về quá trình phát triển của máy biến áp điện lực........................5
CHƯƠNG I TÍNH CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐIỆN CƠ BẢN
I. Tính toán kích thước chủ yếu của máy biến áp.................................7
II. Tính sơ bộ các tổn hao....................................................................12
III. Tính toán lại kích thước chủ yếu và các tổn hao ..........................15
CHƯƠNG II TÍNH TOÁN DÂY QUẤN MÁY BIẾN ÁP
I. Các yêu cầu chung đối với dây quấn...............................................18
II. Tính toán dây quấn hạ áp...............................................................19
III. Tính toán dây quấn cao áp............................................................22
CHƯƠNG III TÍNH TỔN HAO VÀ THAM SỐ NGẮN MẠCH
I. Các tổn hao .....................................................................................28
II. Điện áp ngắn mạch.........................................................................30
III. Tính lực cơ học của dây quấn máy biến áp khi ngắn mạch..........31
CHƯƠNG IV TÍNH CHÍNH XÁC MẠCH TỪ VÀ THAM SỐ KHÔNG
TẢI CỦA MÁY BIẾN ÁP
I. Chọn kết cấu lõi thép ......................................................................35
II. Xác định kích thước cụ thể của lõi thép.........................................36
III. Tính tổn hao không tải và dòng điện không tải.............................40
CHƯƠNG V TÍNH TOÁN NHIỆT VÀ CHỌN KẾT CẤU VỎ THÙNG
CỦA MÁY BIẾN ÁP
I. Nhiệt độ chênh qua từng phần.........................................................45
II. Nhiệt độ chênh giữa mặt ngoài dây quấn đối với dầu...................46
III. Nhiệt độ chênh trung bình của dây quấn đối với dầu...................48
IV. Tính toán nhiệt của thùng.............................................................48
V. Thiết kế thùng dầu..........................................................................53
VI. Tính toán sơ bộ trọng lượng ruột máy, vỏ máy, dầu và bình giãn
dầu của máy biến áp.......................................................................56
Kết luận .....................................................................................................59
Tài liệu tham khảo......................................................................................60
SVTH: Phan Hải Đời_ĐKT-K27
Trang 2
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế máy biến áp điện lực ba pha ngâm dầu
Phụ lục các bảng tra cứu.............................................................................61
TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA MÁY BIẾN
ÁP ĐIỆN LỰC
Máy biến áp điện lực (viết tắt là MBA) là một bộ phận rất quan trọng trong hệ
thống điện. Việc 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 4 đến 5 lần tăng giảm điện áp. Do đó
tổng công suất đặt (hay dung lượng ) của các MBA gấp mấy lần công suất của
máy phát điện. Hiệu suất của MBA thường rất lớn (98 ÷ 99%), nhưng do số
lượng MBA nhiều nên tổng tổn hao trong hệ thống rất đáng kể vì thế cần phải
chú ý đến việc giảm các tổn hao, nhất là tổn hao không tải trong MBA. Để giải
quyết vấn đề này hiện nay trong ngành chế tạo MBA người ta dùng chủ yếu là
thép cán lạnh - có suất tổn hao và công suất từ hóa thấp hay đặc biệt thấp, mặt
khác còn thay đổi các kết cấu mạch từ một cách thích hợp như ghép mối
nghiêng các lá tôn trong lõi thép, thay các kết cấu bulông ép trụ và gông xuyên
lõi thép bằng các vòng đai ép hay dùng những qui trình công nghệ mới về cắt
dập lá thép tự động, về ủ lá thép, về lắp ráp….Nhờ vậy mà công suất và điện áp
của các MBA đã được nâng lên rõ rệt.
Đi đôi với việc tăng giới hạn trên về công suất, người ta cũng mở rộng thang
công suất của MBA làm thành nhiều dãy máy hơn so với trước kia để đáp ứng
một cách rộng rãi với nhu cầu sử dụng và vận hành MBA. Những dãy MBA mới
ra đời từ những năm 80 trở lại đây đã dần dần thay thế những MBA thuộc dẫy
cũ không còn thích hợp nữa.
Để đảm bảo chất lượng điện và cung cấp điện liên tục, các MBA điều chỉnh
điện áp dưới tải ngày càng nhiều và chiếm tới khoảng 50% công suất tổng.
Để tiết kiệm vật liệu tác dụng, vật liệu cách điện, vật liệu kết cấu và giảm
trọng lượng kích thước MBA, ngoài việc dùng MBA tự ngẫu thay cho MBA hai
dây quấn người ta còn áp dụng những phương pháp làm lạnh tốt hơn, dùng
những vật liệu kết cấu không từ tính nhẹ và bền hơn…Khuynh hướng dùng dây
nhôm để thay dây đồng cũng đang phát triển. Các MBA cỡ lớn và trung bình
thường sản xuất loại ba pha ghép thành tổ biến áp ba pha để thuận tiện trong
việc chuyên chở.
SVTH: Phan Hải Đời_ĐKT-K27
Trang 3
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế máy biến áp điện lực ba pha ngâm dầu
Ngoài MBA điện lực dùng để truyền tải điện năng, còn có nhiều loại biến áp
dùng trong nhiều ngành chuyên môn khác như: biến áp lò điện dùng trong luyện
kim, yêu cầu dòng thứ cấp rất lớn đến hàng vạn ampe, biến áp nhiều pha dùng
để chỉnh lưu ra dòng điện một chiều, biến áp chống nổ dùng trong hầm mỏ, biến
áp đo lường, biến áp thí nghiệm, biến áp hàn điện…
Ở nước ta sau ngày giải phóng miền Bắc mới có một vài cơ sở thiết kế và chế
tạo MBA và đặc biệt là sau khi thống nhất đất nước (năm 1975) nhiều nhà máy
chế tạo MBA mới đã được xây dựng. Tuy vậy chúng ta cũng đã tiến hành sữa
chữa, thiết kế chế tạo được một khối lượng khá lớn MBA, phục vụ cho nhiều cơ
sở sản xuất trong nước và MBA của ta cũng đã được xuất khẩu sang một số
nước. Nhà máy chế tạo biến thế Hà Nội nay liên doanh với hãng thiết bị điện
ABB đã chế tạo được nhiều loại MBA phân phối, điện áp tới 35 kV. Nhà máy
Thiết bị điện Đông Anh đã thiết kế chế tạo MBA truyền tải có công suất tới 125
MVA, 220 MVA, điện áp 110 và 220 kV. Đó là những cố gắng và tiến bộ của
ngành chế tạo máy biến áp ở nước ta.
SVTH: Phan Hải Đời_ĐKT-K27
Trang 4
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế máy biến áp điện lực ba pha ngâm dầu
CHƯƠNG I TÍNH CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐIỆN CƠ BẢN
Các số liệu ban đầu:
Sđm = 650 kVA; U1 = 22 kV; U2 = 0,4 kV;
P0 = 900 W; Un = 6 %; Pn= 10500 W; f = 50 Hz.
Tổ nối dây: Y/Y0-12.
I. TÍNH TOÁN KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU MBA:
1. Công suất mỗi pha của máy biến áp:
Sf =
650
S
=
= 216,667 kVA
m
3
m: số pha của máy biến áp.
2. Công suất của mỗi trụ:
S’ =
650
S
=
= 216,667 kVA
t
3
t: số trụ của máy biến áp.
3. Dòng điện dây định mức:
- Phía cao áp:
I1đm = I1fđm =
650.103
3.22.103
= 17,058 A
- Phía hạ áp:
I2đm = I2fđm =
650.103
3.0,4.103
= 938,194 A
4. Điện áp pha định mức:
- Phía cao áp:
SVTH: Phan Hải Đời_ĐKT-K27
Trang 5
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế máy biến áp điện lực ba pha ngâm dầu
Uf1 =
U1
3
=
22.103
3
= 12701,7 V
- Phía hạ áp:
U2
0,4.103
Uf2 =
=
= 231 V
3
3
5. Thành phần tác dụng của điện áp ngắn mạch:
Ur% =
Pn
10500
=
= 1,62 %
10.S 10.650
6. Thành phần phản kháng của điện áp ngắn mạch:
Ux% = U 2 n − U 2r =
62 − 1,622 = 5,77 %
7. Điện áp thử của các dây quấn:
Tra PL (bảng 1) ta có:
- Phía hạ áp : Uth2 = 5 kV
- Phía cao áp : Uth1 = 55 kV
8. Chiều rộng qui đổi của rãnh từ tản giữa dây quấn cao áp và hạ áp ar :
Với Ut1 = 55 KV, tra PL (bảng 7) ta được khoảng cách cách điện giữa dây
quấn cao áp và dây quấn hạ áp: a12 = 20 mm, trong rãnh a12 đặt ống cách điện
dày: δ 12 = 5 mm.
Trị số k theo PL (bảng 4) chọn k = 0,54.
a1 + a2
= k 4 S ' .10-2 = 0,54. 4 216,667 .10-2 = 0,0207 m
3
Vậy
a +a
ar = a12 + 1 2 = 0,02 + 0,0207 = 0,0407 m
3
9. Chọn vật liệu làm lõi sắt:
SVTH: Phan Hải Đời_ĐKT-K27
Trang 6
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế máy biến áp điện lực ba pha ngâm dầu
Chọn tôn cán lạnh của Nhật mã hiệu 27ZH95, có chiều dày lá thép 0,27mm.
Ta chọn mật độ từ cảm trong trụ: Bt = 1,65 T.
Theo PL (bảng 24), chọn hệ số tăng cường gông: kg = 1,015.
Trụ được ép bằng nêm với cuộn dây, ép gông bằng xà ép, bulông đặt phía
ngoài gông, không dùng bulông xuyên qua trụ và gông. Dùng lõi thép có 4 mối
ghép xiên ở 4 góc của lõi, còn 2 mối nối giữa dùng mối ghép thẳng lá tôn.
Theo PL (bảng 2), chọn số bậc thang trong trụ là 7, số bậc thang của gông
lấy nhỏ hơn trụ một bậc, tức gông có 6 bậc.
Theo PL (bảng 2), chọn hệ số chêm kín: kc = 0,90.
Theo PL (bảng 3), chọn hệ số điền đầy: kđ = 0,95.
Hệ số lợi dụng của lõi sắt là:
klđ = kc.kđ = 0,90.0,95 = 0,855
Mật độ từ cảm trong gông:
Bt
Bg= B =
g
1,65
= 1,625 T
1,015
Mật độ từ cảm ở khe hở không khí mối nối thẳng:
Bk’’ = Bt = 1,65 T
Mật độ từ cảm ở khe hở không khí mối nối xiên:
1,65
B
Bk’ = t =
= 1,166 T
2
2
10.Suất tổn hao thép trong trụ và gông:
Bt = 1,65 T, tra PL (bảng 22) được Pt = 0,8765 W/kg.
Bg = 1,625 T không có giá trị trong bảng ta tiến hành nội suy:
Bg = 1,62 T, tra PL (bảng 22) được Pg = 0,8325 W/kg.
Bg = 1,63 T, tra PL (bảng 22) được Pg = 0,8472 W/kg.
Do đó giá trị Pg ứng với Bg = 1,625 T là:
Pg = 0,8325 +
(0,8472 − 0,8325).(1,625 − 1,62)
= 0,8398 W/kg
(1,63 − 1,62)
11.Suất từ hóa giữa trụ và gông:
Bt = 1,65 T, tra PL (bảng 22) được qt = 1,1 VA/kg.
Bg = 1,625 T ta tiến hành nội suy:
SVTH: Phan Hải Đời_ĐKT-K27
Trang 7
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế máy biến áp điện lực ba pha ngâm dầu
Bg = 1,62 T, tra PL (bảng 22) được qg = 1,0172 VA/kg.
Bg = 1,63 T, tra PL (bảng 22) được qg = 1,0448 VA/kg.
Do đó, suất từ hóa của gông ở giá trị Bg = 1,625 T là:
qg = 1,0172 +
(1,0448 − 1,0172).(1,625 −1,62)
= 1,031 VA/kg
(1,63 − 1,62)
12.Suất từ hóa ở khe không khí khi ghép xen kẽ các lá tôn:
- Mối nối thẳng:
Ứng với Bk’’ = 1,65 T, tra PL (bảng 22) được qk’’ = 1058 VA/m2.
- Mối nối xiên:
Bk’ = 1,16 T, tra PL (bảng 22) ta được qk’ = 481 VA/m2
Bk’ = 1,7 T, tra PL (bảng 22) ta được qk’ = 489 VA/m2
Do đó, suất từ hóa ở khe hở không khí (với mối nối xiên) ứng với
Bk’=1,166 T là:
(489 − 481).(1,166 − 1,16)
qk’ = 481 +
= 485,8 VA/m2
(1,17 − 1,16)
13.Các khoảng cách cách điện chính:
Theo PL (bảng 6), với Ut1 = 55 kV, Ut2 = 5 kV ta chọn các khoảng cách cách
điện:
- Giữa trụ và dây quấn hạ áp a 02: Với công suất 650 kVA thì giá trị của
a02 không có. Vậy ta tiến hành nội suy giá trị đó.
Ứng với công suất 400 ÷ 630 thì a02 = 5 mm.
Ứng với công suất 1000 ÷ 2500 thì a02 = 15 mm.
Vậy:
15 − 5
.(650 − (400 ÷ 630)) = (9,166÷5,267)mm
(1000 ÷ 2500) − (400 ÷ 630)
Chọn a02 = 9 mm.
a02 = 5+
- Giữa dây quấn hạ áp và cao áp: a12 = 20 mm.
- Ống cách điện giữa dây quấn hạ áp và cao áp: δ 12 = 5 mm.
- Giữa dây quấn cao áp và cao áp: a11 = 20 mm.
- Giữa dây quấn cao áp và hạ áp đến gông: l01 = l02 = 50 mm.
- Tấm chắn giữa các pha: δ 22 = 3 mm.
- Phần đầu thừa các đầu ống cách điện cao áp: lđ1 = 30 mm.
SVTH: Phan Hải Đời_ĐKT-K27
Trang 8
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế máy biến áp điện lực ba pha ngâm dầu
Các hằng số tính toán a,b lấy gần đúng theo PL (bảng 25, 26): a = 1,40 mm;
b = 0,4 mm.
Hệ số kf là hệ số tính đến tổn hao phụ trong dây quấn, trong dây dẫn ra,
trong vách thùng và các chi tiết kim loại khác do dòng điện xoáy gây ra. Theo
PL (bảng 5), thì giá trị k f của MBA công suất 630kVA không có giá trị, ta tiến
hành nội suy:
Ứng với MBA có công suất (1000÷6300) kVA thì k f = (0,96 ÷ 0,93)
Ứng với MBA có công suất (160÷630) kVA thì k f = (0,93 ÷ 0,85)
k f = (0,93÷0,85)+
(0,96 ÷ 0,93) − (0,93 ÷ 0,85)
.(650 − (160 ÷ 630)) = (0, 9475 ÷ 0,8503)
(1000 ÷ 6300) − (160 ÷ 630)
Vậy chọn k f = 0,93.
14.Đường kính trụ sắt:
d = 0,507
4
A = 0,507 4
S ' .ar .kr
= A.x
f .U nx Bt 2 .kld 2
S ' .ar .kr
216,667.0,0407.0,95
4
= 0,176
2
2 = 0,507
f .U nx Bt .kld
50.5,77.1,652.0,8552
A1 = 5,663.104.a.A3.klđ = 5,663.104.1,4.0,1763.0,855 = 369,555 kg
A2 = 3,605.104.A2.klđ.l0 = 3,605.104.0,1762.0,855.0,05 = 47,738 kg
15.Trọng lượng của trụ:
Gt =
A1
369,555
+ A2 .x 2 =
+ 47,738.x 2
x
x
B1 = 2,4.104.kg.klđ.A3.(a + b + e)
= 2,4.104.1,015.0,855.0,1763(1,4 + 0,3 + 0,403) = 250,374 kg
B2 = 2,4.104.kg.klđ.A2(a12 + a22)
= 2,4.104.1,015.0,855.0,1762(0,02 + 0,02) = 25,806 kg
16.Trọng lượng của gông:
SVTH: Phan Hải Đời_ĐKT-K27
Trang 9
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế máy biến áp điện lực ba pha ngâm dầu
Gg = B1.x3 + B2.x2 = 250,374x3 +25,806.x2 kg
17.Trọng lượng sắt:
GFe = Gt + Gg =
=
369,555
+ 47,738.x 2 +250,374x3 +25,806.x2
x
369,555
+ 73,544x2 +250,374x3
x
650.1,42
C1 = kdq.
= 2,46.10 .
2
2
k f .k ld Bt .U r . A 2
0,93.0,8552.1,652.1,62.0,176 2
S .a 2
-2
= 337,428 kg
18.Trọng lượng dây quấn:
337,428
x
x2
- Trọng lượng dây quấn kể cả cách điện:
Gdd = 1,03.1,03.Gdq = 1,06Gdq
- Trọng lượng một góc mạch từ:
G0 = 0,486.10 4 .kg.klđ.A3.x3 = 0,486.10 4 .1,015.0,855.0,176 3 .x 3 = 22,94x 3
Gdq =
C1
2
=
II. TÍNH SƠ BỘ CÁC TỔN HAO:
1. Tổn hao không tải:
P0 = kf’.(Pt..Gt + Pg.Gg) = 1,25(0,8765.Gt + 0,8398Gg)
kf’ là hệ số phụ.
Đối với tôn cán lạnh do từ tính phục hồi đầy đủ sau khi ủ hoặc do sự uốn
nắn, là tôn lúc lắp ghép… làm cho tổn hao tăng lên, lấy k f’ = 1,25. Thành phần
phản kháng của dòng điện không tải có thể tính theo công suất từ hóa Q (VA):
Q
i0x% = 0 %
10.S
2. Công suất từ hóa:
Q = kf’’.(Qc + Qf + Q δ )
Trong đó:
SVTH: Phan Hải Đời_ĐKT-K27
Trang 10
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế máy biến áp điện lực ba pha ngâm dầu
kf’’: hệ số kể đến sự phục hồi từ tính không hoàn toàn khi ủ lại lá tôn
cũng như uốn nắn và ép lõi sắt, chọn kf’’ = 1,25.
Qc : công suất tổn hao chung của trụ và gông
Qc = qt.Gt + qg.Gg = 1,1.Gt + 1,031.Gg
Qf : công suất từ hóa phụ đối với góc có mối nối thẳng
Qf = 40.qt.G0 = 40.1,1.G0 = 44.G0
Q δ : công suất từ hóa ở những khe hở không khí nối giữa các lá thép
Q δ = 3,2.q δ .Tt = 3,2.1058.Tt = 3385,6.Tt VA
3. Tiết diện tác dụng của trụ:
Tt = 0,785.klđ.A2.x2 = 0,785.0,855.0,1762.x2 = 0,0208.x2 m2
4. Đường kính trung bình rãnh dầu giữa hai dây quấn:
d12 = a.d = 1,4.d
5. Chiều cao dây quấn:
l=
π .d 12
; trong đó β là hệ số hình dáng.
β
6. Tính dòng không tải:
i0x =
1,25.(1,1.Gt + 1,031.Gg + 44.G0 + 3385,6.Tt
Q
=
10.S
10.650
i0r =
1,2(0,8765.Gt + 0,8398.Gg )
P0
=
10.S
10.650
i0 =
i 2 0 x + i 2 0r
7. Mật độ dòng điện trong dây quấn:
J=
k f .Pn
K .Gdq
=
0,93.10500
=
2,4.Gdq
4068,75
Gdq
8. Lập bảng xác định trị số β tối ưu:
SVTH: Phan Hải Đời_ĐKT-K27
Trang 11
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế máy biến áp điện lực ba pha ngâm dầu
β trong khoảng 1,2 ÷ 2,8. Giá trị β tìm được phải thõa mãn các tiêu chuẩn kỹ
thuật và kinh tế và đồng thời thõa mãn điều kiện P0 ≤ 900W.
Bảng 1. Bảng xác định giá trị β tối ưu.
β
1,2
1,6
2,0
2,4
2,8
1,046
1,124
1,189
1,244
1,293
1,095
1,265
1,414
1,549
1,673
1,147
1,423
1,682
1,928
2,165
353,303
328,786
310,812
297,070
285,812
A2.x2 = 64,76.x2
52,273
60,389
67,502
73,946
79,866
A1
+ A2 .x 2
x
405,576
389,175
378,314
371,016
365,678
B1.x3 = 378,6.x3
287,179
356,282
421,129
482,721
542,060
B2.x2 = 35,01.x2
28,258
32,645
36,490
39,973
43,173
Gg = B1.x3 + B2.x2
315,437
388,927
457,619
522,694
585,233
GFe = Gt + Gg
721,013
778,102
835,933
893,710
950,911
P0 = 1,25(0,8765.Gt+0,8398.Gg)
775,489
834,666
894,876
955,192
1014,994
G0 = 36,78x3
26,374
32,720
38,676
44,332
49,782
Tt = 0,028x2
0,0228
0,0263
0,0294
0,0322
0,0348
Qc = 1,1Gt + 1,031Gg
771,349
829,076
887,951
947,015
1005,621
Qf = 53,2G0
1160,456
1439,680
1701,744
1950,608
2190,408
77,192
89,041
99,537
109,016
117,819
2511,246
2947,246
3361,578
3758,299
4142,310
0,3863
0,4534
0,5172
0,5782
0,6373
308,153
266,742
238,634
217,836
201,690
Gdd = 1,06Gdq
326,642
282,747
252,952
230,996
213,791
Kdq.Fe.Gdd = 1,8Gdd
519,222
511,772
457,843
417,940
386,962
C’td = GFe + Kdq.Fe.Gdd
1312,235
1289,874
1293,776
1311,650
1337,873
x=
β
4
4
x2 =
x3 =
4
β2
β3
A1
584
=
x
x
Gt =
Qδ = 3385,6.Tt
Q0 = 1,25 (Qc+ Qf +Qδ)
i0x =
Q0
(%)
10.S
Gdq =
C1
x
2
=
590,35
x2
SVTH: Phan Hải Đời_ĐKT-K27
Trang 12
Đồ án tốt nghiệp
J =
Thiết kế máy biến áp điện lực ba pha ngâm dầu
7, 046 6
.10
x2
3,634
3,906
4,129
4,322
4,491
Với các số liệu mà ta đã tính toán được trong bảng 1 đã cho ta thấy được
quan hệ giữa các đại lượng: tổn hao không tải P 0(W); dòng không tải i0; trọng
lượng sắt GFe; trọng lượng dây quấn Gdq; mật độ dòng điện J; giá thành vật liệu
tác dụng Ctd với β. Từ đó ta xác định được Ctdmin ứng với giá trị β nào đó.
Xét trực quan trên bảng 1 với giới hạn P0 = 900 W ta thấy tại giá trị β = 2
thì giá thành tác dụng tối ưu là Ctd tối ưu = 1293,776 (đơn vị quy ước).
Vậy ta chọn β = 2.
III. TÍNH TOÁN LẠI KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU VÀ CÁC TỔN HAO:
1. Đường kính của trụ sắt:
d = A.x = A. 4 β = 0,176. 4 2,0 = 0,2093 m
Chọn đường kính tiêu chuẩn gần nhất: d = 0,21 m
Tính lại trị số β :
4
0,2
β = d ÷ =
0,176 ÷ = 2,026
A
β = 2,026
4
Ta có :
x = 4 β = 1,193
x2 = 4 β 2 = 1,423
x3 = 4 β 3 = 1,698
2. Trọng lượng của trụ:
Gt =
369,555
369,555
+ 47,738x2 =
+ 47,738.1,423 = 377,701 kg
1,193
x
3. Trọng lượng gông:
Gg = 250,734x3+25,806x2 = 250,734.1,698 + 25,806.1,423 = 461,857 kg
4. Trọng lượng sắt:
GFe = Gt+ Gg = 377,701 + 461,857 = 839,558 kg
5. Trọng lượng dây quấn:
SVTH: Phan Hải Đời_ĐKT-K27
Trang 13
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế máy biến áp điện lực ba pha ngâm dầu
Gdq =
337,428
C1
= 237,124 kg
2 =
x
1,423
6. Kiểm tra mật độ dòng điện:
J=
k f .Pn
k .Gdq
=
0,93.10500
.106 = 4,14.106 A/m2 < 4,5.106 A/m2
2,4.237,124
thỏa mãn điều kiện cho phép.
k : hệ số phụ thuộc vào điện trở suất của dây đồng, k = 2,4
7. Trọng lượng dây dẫn kể cả cách điện:
Gdd = 1,06.Gdq = 1,06.237,124 = 251,351 kg
8. Tổn hao không tải:
P0 = 1,25(0,8765.Gt+0,8398.Gg) = 1,25(0,8765.377,701 + 0,8398.461,857)
= 898,653 W
9. Dòng điện không tải:
I0 =
Q
10.S
Trong đó :
Q : công suất từ hóa VA
Q = kg’’.(Qc + Qf + Q δ )
Qc : công suất tổn hao chung của trụ và gông.
Qc = qt.Gt + qg.Gg = 1,1.377,701 + 1,031.461,857
= 891,646 VA
Qf : công suất từ hóa phụ đối với góc có mối nối thẳng.
Qf = 40.qt.G0 = 40.1,1.22,994.x3
= 40.1,1.22,994.1,698 = 1717,928 VA
Q δ : công suất từ hóa ở những khe hở không khí nối giữa các lá thép:
Q δ = 3,2.q δ .Tt = 3,2.1058.0,0208.1,423 = 100,208 VA
Vậy :
Q = 1,25(891,646 + 1717,928 + 100,208) = 3387,228 VA
I0 =
3387,228
= 0,52 %
10.650
SVTH: Phan Hải Đời_ĐKT-K27
Trang 14
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế máy biến áp điện lực ba pha ngâm dầu
10. Đường kính trung bình của rãnh dầu:
d12 = 1,4.d = 1,4.0,21 = 0,294 m
11. Chiều cao dây quấn sơ bộ:
π .d12
L= β
=
dm
3,14.0,294
= 0,455 m
2,026
12. Tiết diện hữu hiệu của trụ sắt:
3,14.0,212
π .d dm 2
K
Tt = ld .
= 0,855.
= 0,0296m2
4
4
13. Kiểm tra ứng suất kéo tác dụng lên tiết diện dây:
σ r = M .x 3
Máy biến áp 3 pha ngâm dầu nên:
Mcu = 0,244.10-6.k2n.kf.kr.
−π .
100
UX
1
+
e
kn = 1,41.
U n
UR
Pn
a. A
1,62
−3,14.
5,77
= 1,41. 100 . 1 + e
= 33,23
÷
÷
6
Mcu = 0,244.10-6.(33,23)2.0,93.0,95.
10500
= 10,14
1,4.0,176
Vậy: σ t = 10,14.1,698 = 17,22 MN/m2 < 60 MN/m2. Thỏa mãn điều kiện
cho phép.
SVTH: Phan Hải Đời_ĐKT-K27
Trang 15
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế máy biến áp điện lực ba pha ngâm dầu
CHƯƠNG II TÍNH TOÁN DÂY QUẤN MÁY BIẾN ÁP
I.CÁC YÊU CẦU CHUNG ĐỐI VỚI DÂY QUẤN:
Các yêu cầu chung có thể chia làm 2 loại: yêu cầu về vận hành và yêu cầu
về chế tạo.
1. Yêu cầu về vận hành gồm các mặt điện, cơ và nhiệt:
a. Về mặt điện:
Khi vận hành thường dây quấn máy biến áp có điện áp do đó cách điện
MBA phải tốt nghĩa là phải chịu điện áp khi làm việc bình thường và quá điện
áp khi đóng ngắt mạch điện hay do sét. Ảnh hưởng của quá điện áp do đóng
ngắt với điện áp làm việc bình thường, thường chủ yếu cách điện chính của
MBA, tức là cách điện giữa các dây quấn với nhau và cách điện giữa các dây
quấn với vỏ máy; còn quá điện áp do sét đánh lên đường dây thường ảnh hưởng
đến cách điện dọc của MBA tức là giữa các vòng dây giữa các lớp dây hay giữa
các bánh dây.
b. Về mặt cơ học:
Dây quấn không đươc biến dạng hoặc hư hỏng dưới tác dụng của lực cơ
học do dòng ngắn mạch gây ra.
c. Về mặt chịu nhiệt:
Khi vận hành bình thường cũng như ngắn mạch dây quấn không có nhiệt
độ cao quá.
2. Yêu cầu về chế tạo:
Dây quấn chế tạo đơn giản tốn ít nguyên liệu và nhân công thời gian chế
tạo nhanh giá thành hạ nhưng vẫn đảm bảo về mặt vận hành.
Dây quấn máy biến áp là một bộ phận dùng để thu nhận năng lượng vào và
truyền tải năng lượng đi.
Theo phương pháp bố trí dây quấn trên lõi thép có thể chia dây quấn biến
áp thành hai kiểu chính: đồng tâm và xen kẽ.
SVTH: Phan Hải Đời_ĐKT-K27
Trang 16
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế máy biến áp điện lực ba pha ngâm dầu
a. Dây quấn đồng tâm:
Cuộn hạ áp và cao áp quấn thành những hình ống đồng tâm, khi bố trí
thường cuộn HA đặt trong cùng cuộn CA đặt ngoài cùng vì sẽ dễ dàng rút đầu
dây điều chỉnh điện áp cũng như giảm kích thươc cách điện với trụ.
b. Dây quấn xen kẽ:
Cuộn CA và hạ áp quấn thành từng bánh có chiều cao thấp và quấn xen kẽ
do đó giảm được lực chiều trục khi ngắn mạch, dây quấn xen kẽ có nhiều rãnh
dầu ngang nên tản nhiệt tốt hơn tuy nhiên dây quấn xen kẽ kém vững chắc hơn
dây quấn đồng tâm mặt khác dây quấn xen kẽ có nhiều mối hàn giữa các bánh
dây.
II. TÍNH TOÁN DÂY QUẤN HẠ ÁP:
1. Sức điện động của một vòng dây:
Uv = 4,44.f..Tt.Bt = 4,44.50.0,0296.1,65 = 10,84 V
2. Số vòng dây một pha của dây quấn hạ áp:
W2 =
U f2
Uv
=
231
= 21,31 vòng = 22 vòng
10,84
Ta tính lại :
Uv =
231
= 10,5 V
22
3. Mật độ dòng điện trung bình:
Jtb = 0,746.kf.
Pn .uv
10500.10,5 4
= 0,746.0,93.
.10
S.d12
650.0,294
= 4.10 6 A / m 2 = 4 MA / m 2
4. Tiết diện sơ bộ của một vòng dây của dây quấn hạ áp:
I2
938,194
T2’ = J =
= 234,549.10-6 m2 = 234,549 mm2
6
tb
4.10
SVTH: Phan Hải Đời_ĐKT-K27
Trang 17
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế máy biến áp điện lực ba pha ngâm dầu
Theo PL (bảng 12), với máy biến áp S = 650 kVA, I2 = 938,194 A,
U2 = 400 V, T’2 = 234,549 mm2, ta chọn kết cấu dây quấn hình xoắn kiểu xoắn
đơn, chiều cao rãnh dầu ngang sơ bộ h r = 5 mm. Dựa vào PL (bảng 9) ta chọn số
đệm cách điện giữa các bánh dây là 8.
5. Chiều cao hướng trục của mỗi vòng dây (kể cả cách điện) sơ bộ:
hv2 =
l2
0,455
− hr 2 =
− 0,005 = 0,01185 = 11,85 mm
Wl 2 + 4
23 + 4
Vì hv2 < 15 mm, theo [1] (hình 3-40a) trang 85. Với J < 4,5.10 6,
q
= 2000W/m2 thì b không vượt quá 16,5 mm, do đó ta chọn dây xoắn đơn hình
chữ nhật, hoán vị phân bố đều.
Theo PL (bảng 8) ta chọn dây có qui cách sau:
Mã hiệu dây quấn . nv1x
Hay
ПБ.4 x
a×b
.Td1
a ' × b'
5, 6 ×11, 2
.61,9
6,1×11, 7
Trong đó :
ПБ là mã hiệu dây dẫn đồng tiết diện chữ nhật tiêu chuẩn
nv1 = 4 là số sợi chập
Td1 = 61,9 là tiết diện tiêu chuẩn của mỗi sợi chập
a: chiều dày dây dẫn tiêu chuẩn
b: chiều rộng dây dẫn
a’ = a + 2.δ = 5,6 + 0,5 = 6,1 mm
b’ = b + 2δ = 11,2 + 0,5 = 11,7 mm
2.δ = 0,5 mm là chiều dày cách điện hai phía theo tiêu chuẩn
SVTH: Phan Hải Đời_ĐKT-K27
Trang 18
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế máy biến áp điện lực ba pha ngâm dầu
24,4
11,7
6,1
Hình 2-1 Tiết diện một vòng dây của dây quấn hạ áp
6. Tiết diện thực của mỗi vòng dây gồm 4 sợi chập lại:
T2 = n v 2 .Td2.10-6 = 4.61,9.10-6 = 247,6.10-6 m2 = 247,6 mm2
7. Chiều cao thực của mỗi vòng dây:
hv2 = b’ = 11,7 mm
8. Mật độ dòng điện thực của dây quấn hạ áp:
I2
938,194
= 3,789.106 A/m2 = 3,789 MA/m2
J2 = T =
−6
247,6.10
2
9. Chiều cao thực của dây quấn hạ áp:
Để bù cho dây quấn cao áp do phải cắt giữa dây quấn khi điều chỉnh điện
áp, ta bố trí thêm 6 rãnh dầu ngang mỗi rãnh 10 mm ở giữa chiều cao dây quấn
hạ áp, do đó chiều cao thực của dây quấn hạ áp là:
L1 = 11,7.10-3.(22 + 4) + 0,95.[5.(22 + 3 - 6) + 6.10].10-3 = 0,453 m
10.Bề dày của dây quấn hạ áp:
a2 = nv 2 .a' .10−3 = 4.6,1.10 −3 = 0,0244 m
nv2 : số sợi chập, nv2 = 4 sợi
a’ : chiều rộng của dây quấn khi có cách điện, a’ = 6,1 mm
SVTH: Phan Hải Đời_ĐKT-K27
Trang 19
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế máy biến áp điện lực ba pha ngâm dầu
11.Đường kính trong của dây quấn hạ áp:
D2’ = d + 2a02.10-3 = 0,21 + 2.9.10-3 = 0,219 m
Với a02: khoảng cách giữa trụ và dây quấn hạ áp, a02 = 9 mm
12.Đường kính ngoài của dây quấn hạ áp:
D2’’ = D2’+2a1 = 0,219 + 2.0,0244 = 0,2678 m
13.Trọng lượng đồng của dây quấn hạ áp:
D2' + D2"
0,219 + 0,2678
Gcu2 = 28.t.
.W2 .T2 .103 = 28.3.
.22.247,6.10 −6.103 = 111,371 kg
2
2
Trọng lượng đồng của dây quấn hạ áp kể cả cách điện:
Gdd2 = 1,02.Gcu2 = 1,02.111,371 = 113,598 kg
14.Bề mặt làm lạnh của dây quấn hạ áp:
M2 = 2.t.k. π .(D2’ + a2).(a2 + b’.10-3).W2
= 2.3.0,75.3,14.(0,219 + 0,0244).(0,0244 + 11,7.10-3).22 = 2,731 m2
III. TÍNH TOÁN DÂY QUẤN CAO ÁP:
1. Số vòng dây cuộn cao áp khi điện áp định mức:
W1đm = W2.
U1
22000
= 22.
= 1209,69 vòng ≈ 1210 vòng
U2
231. 3
2. Số vòng dây của một cấp điều chỉnh điện áp:
Wđc = 0,025.W1đm = 0,025.1210 = 30,25 vòng ≈ 31vòng
3. Số vòng dây tương ứng ở các đầu phân nhánh:
23100V:
22550V:
22000V:
21450V:
W1 = 1210 + 2.31 = 1272 vòng
W1 = 1210 + 31 = 1241 vòng
W1 = 1210 vòng
W1 = 1210 - 31 = 1179 vòng
SVTH: Phan Hải Đời_ĐKT-K27
Trang 20
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế máy biến áp điện lực ba pha ngâm dầu
20900V: W1 = 1210 - 2.31 = 1148 vòng
Theo [1] ta chọn sơ đồ (hình 37d) trang 80 làm sơ đồ điều chỉnh điện áp.
Thành lập các cực của dây quấn ứng với đầu ra của nấc điều chỉnh điện áp
mỗi pha.
Ta vẽ cho pha A, pha B và pha C tương tự :
Bảng 2. Bảng điều chỉnh điện áp.
A
A6
A4
Điện áp V
Pha A
Pha B Pha C
A2
23100
A2A3
B2B3
C2C3
22550
A3A4
B3B4
C3C4
22000
A4A5
B4B5
C4C5
21450
A5A6
B5B6
C5C6
20900
A6A7
B6B7
C6C7
A3
A5
A7
X
Hình 2-2 Sơ đồ điều chỉnh
điện áp của dây quấn cao áp
4. Sơ bộ chọn mật độ dòng điện theo công thức:
J1 = 1,8. Jtb - J2 = 1,8.4.106 – 3,789.10 6 = 3,411.10 6 A/m2 = 3,411 MA/m2
5. Sơ bộ chọn tiết diện vòng dây:
T1’=
I1
17,058
=
= 5,001.10 −6 m 2 = 5,001 mm 2
−6
−6
J1.10
3,411.10
Theo PL (bảng 12), với S = 650 kVA, I1 = 17,058 A, U1 = 22 kV,
T1’ = 5,001 mm2.
Ta chọn kết cấu dây quấn kiểu bánh dây xoắn ốc liên tục dây dẫn chữ nhật.
Chiều cao rãnh dầu ngang hr = 4 mm.
Theo PL (bảng 8) ta chọn dây chữ nhật mã hiệu ПБ có qui cách sau:
ПБ -1 x
1, 4 × 3, 75
.5,04
1,9 × 4, 25
SVTH: Phan Hải Đời_ĐKT-K27
Trang 21
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế máy biến áp điện lực ba pha ngâm dầu
6. Mật độ dòng điện thực:
J1 =
I1
17,058
=
= 3,385.106 A/m2 = 3,385 MA/m2
−6
T1
5,04.10
7. Chiều cao mỗi bánh dây:
hb1 = b’.10-3 = 4,25.10-3 m = 4,25 mm
8. Số bánh dây trên mỗi trụ sắt:
l1.103
0,455.103
=
Nb1 = '
= 55,15 bánh ≈ 56 bánh (lấy số bánh là chẵn)
4,25 + 4
b + hr
9. Số vòng dây trong mỗi bánh dây:
Wb1 =
W1
1272
=
= 23 vòng
nb1
56
10.Chiều cao thực của dây quấn cao áp:
'
−3
l1 = { b.nb1 + k.[hr (nb1 − 2) + hdc ] } .10
−3
= { 4,25.56 + 0,95.[4(56 − 2) +12]} .10 ≈ 0,455 = l2(m)
11.Chiều dày dây quấn cao áp:
a1 = a’.Wb1.10-3 = 1,9.23.10-3 = 0,0437 m = 43,7 mm
12.Sắp xếp lại số vòng dây ở tất cả các bánh dây như sau:
44 bánh chính x 24 vòng = 1056 vòng
8 bánh điều chỉnh x 16 vòng = 128 vòng
4 bánh cách điện tăng cường x 22 vòng = 88 vòng
13.Đường kính trong của dây quấn cao áp:
D’1 = D’’2 + 2a12 = 0,2678 + 2.0,02 = 0,3078 m
Bảng 3. Bảng tính toán dây quấn cao áp.
SVTH: Phan Hải Đời_ĐKT-K27
Trang 22
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế máy biến áp điện lực ba pha ngâm dầu
Tên bánh dây
Số bánh trên trụ
Số vòng 1 bánh
Số vòng toàn bộ
Kích thước dây dẫn
-không cách điện (mm)
-có cách điện (mm)
Tiết diện vòng dây (mm2)
Mật độ dòng điện (MA/mm2)
Kích thước (mm)
-hướng kính
-hướng trục
Trọng lượng dây dẫn (kg)
- không cách điện
- có cách điện
Hệ số tăng trọng lượng dây dẫn
do cách điện
Đường kính trong D1’ (m)
Đường kính ngoài D1’’ (m)
chính
Điều
chỉnh
Cách điện
tăng cường
Tổng
hợp
44
24
1056
8
16
128
4
22
88
56
1272
1,4x4,25
2,9x5,25
5,04
3,38
5,04
3,38
1,4x4,25
1,9x4,75
5,04
5,04
3,38
3,38
44
4,25
40 (30,4)
4,25
44
5,25
44
455
157,144
160,287
1,02
19,048
19429
1,02
13,95
14,470
1,105
189,287
194,186
0,3078
0,3952
0,3078
0,3952
0,3078
0,3952
0,3078
0,3952
14.Đường kính ngoài của dây quấn:
D’’1 = D’1 + 2a1 = 0,3078 + 2.0,0437 = 0,3952 m
15. Khoảng cách giữa hai trụ cạnh nhau:
C = D’’1 + a11 = 0,3952 + 0,02 = 0,4152 m
16.Bề mặt làm lạnh của dây quấn cao áp:
M1 = 2.t.k. π (D’1 + a1).nb1.(a1 + b’.10-3)
= 2.3.0,75.3,14.(0,3078 + 0,0437).56.(0,0437 + 4,25.10-3) = 12,981 m2
17.Trọng lượng dây quấn cao áp:
SVTH: Phan Hải Đời_ĐKT-K27
Trang 23
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế máy biến áp điện lực ba pha ngâm dầu
0,3078 + 0,3952
D + D1
.1272.5,04.10− 6.103 = 189,287 kg
Gcu1= 28.t. 1
.W1 max .T1 .10 3 = 28.3.
2
2
'
''
Φ210
Φ216
Φ224
Φ228
Φ276,8
Φ290,8
Φ300,8
Φ316,8
Φ404,2
Hình 2-3 Các kích thước chính của dây quấn hạ áp và cao áp
18.Trọng lượng đồng của dây dẫn ra kể cả cách điện:
Theo PL (bảng 29) cần phải tăng trọng lượng dây dẫn lên 2%:
Gdq1 = 1,02.189,287 = 193,073 kg
19.Trọng lượng toàn bộ dây quấn hạ áp và cao áp:
Gcu = Gcu1 + Gcu2 = 189,287 + 111,371 = 300,658 kg
20.Trọng lượng toàn bộ dây dẫn kể cả cách điện:
Gdd = Gdd1 + Gdd2 = 193,073 + 113,598 = 306,671 kg
CHƯƠNG III TÍNH TỔN HAO VÀ THAM SỐ NGẮN MẠCH
SVTH: Phan Hải Đời_ĐKT-K27
Trang 24
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế máy biến áp điện lực ba pha ngâm dầu
Tổn hao ngắn mạch của MBA 2 dây quấn là tổn hao ngắn mạch trong mba
khi ngắn mạch 1 dây quấn còn dây quấn kia đặt vào điện áp ngắn mạch U n để
cho dòng điện trong cả 2 dây quấn đều bằng định mức.
Tổn hao ngắn mạch có thể chia ra thành các thành phần sau:
a. tổn hao chính, tức là tổn hao đồng trong dây quấn HA và CA do
dòng điện gây ra pcu1 và pcu2.
b. tổn hao phụ trong 2 dây quấn do từ thông tản xuyên qua dây quấn
làm cho dòng điện phân bố không đều trong tiết diện dây gây ra pf1 và pf2
c. tổn hao chính trong dây dẫn ra pr1 và pr2
d. tổn hao phụ trong dây dẫn ra prf1 và prf2 thường tổn hao này rất nhỏ,
có thể bỏ qua
e. tổn hao trong vách thùng dầu và các kết cấu kim loại p t do từ thông
tản gây nên , thường tổn hao phụ được tính gộp trong tổn hao chính bằng cách
thêm vào hệ số tổn hao phụ kf. Vậy tổn hao ngắn mạch sẽ được tính theo biểu
thức:
Pn = pcu1.kf1 + pcu2.kf2 + pr1 + pr2 + pt W
B
B
2 1
l
m dây dẫn
k
n
n dây dẫn
b
m dây dẫn
n dây dẫn
l
a
φσ
φσ
Hình 3-1 Dùng để xác định tổn hao trong dây quấn
I. CÁC TỔN HAO:
1. Tổn hao đồng trong dây quấn hạ áp:
SVTH: Phan Hải Đời_ĐKT-K27
Trang 25
