Tài liệu Thiết kế máy biến áp điện lực ppt

Bài tập lớn Thiết kế máy biến áp điện lực
Cao Việt Hà- Thiết Bị Điện- Điện Tử 2, K42
Tr-ờng đại học Bách Khoa Hà Nội
1
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 l-ợng điện,
vì trên thực tế các nhà máy sản xuất điện th-ờng 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 n-ớc 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 th-ờng ở rất xa. Để sử dụng tối đa năng l-ợng điện đã sản xuất
ra ng-ời ta phải đề ra giải pháp truyền tải điện năng đi xa, đồng thời cũng
tránh sự mất mát năng l-ợng điện trong quá trình truyền tải thì biện pháp
nâng cao điện áp ở đầu đ-ờng 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 n-ớc ta cũng nh- của nhiều
n-ớc trên thế giới đã đ-ợc chế tạo theo những tiêu chuẩn thích hợp hơn,
có những thông số kỹ thật cao hơn tr-ớc đây rất nhiều. Cho nên những
tính toán thiết kế d-ới đây chỉ mang tính Thiết kế môn học với trình tự
tính toán thết kế một máy biến áp đơn chiếc với thông số máy biến áp do
giáo viên h-ớng dẫn môn học đề ra.
Đề 45A: Tính toán kích th-ớc chủ yếu của máy biến áp có thông số:
S =1250 KVA U
CA
/U
HA
= 35/6,3 KV

P
o
=2000 W P
n
=14000 W
i
o
% =1,5% u
n
% =6
Tổ nối dây Y/Y.
Sinh viên thực hiện
Cao Việt Hà
Năng l-ợng điện
tập trung
Tiêu thụ năng
l-ợng điện
MBA
Bài tập lớn Thiết kế máy biến áp điện lực
Cao Việt Hà- Thiết Bị Điện- Điện Tử 2, K42
Tr-ờng đại học Bách Khoa Hà Nội
2
Thiết kế máy biến áp điện lực
A. Nhiệm vụ thiết kế.
Tính toán kích th-ớc chủ yếu của máy biến áp có thông số:
S =1250 KVA U
CA
/U
HA
= 35/6,3 KV

P
o
=2000 W P
n
=14000 W
i
o
% =1,5 u
n
% =6
Tổ nối dây Y/Y.
Yêu cầu kinh tế, kỹ thuật:
- tổn hao không tải: P
0
(W)
- dòng điện không tải: i
0
%
- điện áp ngắn mạch:
0
0
0
0
0
0
0
0
n
5
||

%u


ttu
tcuttu
n
nn
- máy biến áp kinh tế tốt phải thoả mãn các tham số yêu cầu:
+ có kích th-ớc hợp lý
+ đảm bảo các yêu cầu về độ bền cơ, bền nhiệt
+ đạt hiệu quả kinh tế khi vận hành
+ vận hành đơn giản, dễ sửa chữa, dễ bảo d-ỡng và thay thế
B. Tính toán kích th-ớc chủ yếu của máy biến áp.
Ta thiết kế máy biến áp kiểu phẳng, 3 pha, 3 trụ, cách điện và lầm mát
bằng dầu máy biến áp, dây quấn bằng đồng.
I Các đại l-ợng cơ bản của máy biến áp:
- Dung l-ợng của máy biến áp (3 pha): S=1250 (KVA)
- Dung l-ợng 1 pha của máy biến áp:
416,67
3
1250
3

S
S
f
KVA
- Dung l-ợng 1 trụ:
67,416
3

1250
3
'

f
S
S
KVA
- Dòng điện định mức:
I
dây đm CA
(A)20,62
35.3
1250
.3

CA
U
S
I
dây đm HA
=
)(55,114
3,6.3
1250
.3
A
U
S
HA

- Dòng điện pha định mức:
Với tổ nối dây Y/Y ta có: I
pha đm CA
= I
dây đm CA
=20,62 (A)
I
pha đm HA
= I
dây đm HA
=114,55 (A)
Bài tập lớn Thiết kế máy biến áp điện lực
Cao Việt Hà- Thiết Bị Điện- Điện Tử 2, K42
Tr-ờng đại học Bách Khoa Hà Nội
3
II Kích th-ớc chủ yếu củ máy biếm áp:
Ta xét sơ đồ mạch từ và dây quấn của máy biến áp phẳng 3 pha, 3 trụ
Trong đó:
d
: đ-ờng kính đ-ờng tròn ngoại tiếp trụ
d
12
: đ-ờng kính trung bình của cuộn cao áp (CA), hạ áp (HA)
l
: chiều cao trung bình của dây quấn CA và HA
a
01
: khoảng cách cách điện giữa cuộn HA và trụ
a

12
: khoảng cách cách điện giữa cuộn HA và CA
l
0
: khoảng cách cách điện giữa các cuộn dây với gông
c
: khoảng cách giữa 2 trụ liên tiếp
a
1
: bề dầy cuộn HA
a
2
: bề dầy cuộn CA
Kích th-ớc chủ yếu chủ máy biếm áp là những kích th-ớc có ảnh h-ởng
đến các kích th-ớc khác của máy biến áp. Đó là:
d
,
l, d
12
.
1. Chọn đại l-ợng xuất phát:
Chọn vật liệu làm mạch từ và mật độ tự cảm:
- Chọn vật liệu làm mạch từ là tôn cán lạnh, có suất tổn hao đặc biệt
thấp có mã hiệu là
330A.
- Chọn mật độ tự cảm của trụ là:
B
T
=1.591 (T), có: P
T

=1,27 w/kg; q
T
= 2,6 Var/kg
B
G
=
55,1
02,1
591,1

G
T
K
B
(T) có P
g
=1,18 w/kg; q
g
=2,4 Var/kg
l
d
a
01
a
2
a
12
a
1
a

22
d
12
c
Bài tập lớn Thiết kế máy biến áp điện lực
Cao Việt Hà- Thiết Bị Điện- Điện Tử 2, K42
Tr-ờng đại học Bách Khoa Hà Nội
4
Trụ và gông đ-ợc ghép bởi những lá tôn dầy 0,35 mm, đ-ợc phủ 2 lớp
sơn, hệ số lấp đầy đ-ợc tra trong bảng 9 (trang 186 giáo trình Thiết kế
Máy Biến
áp điện lực): K
đ
=0.92
Ph-ơng pháp ghép trụ và gông bằng đai ép
- Hệ số tăng c-ờng gông: K
G
=1.02 (bảng 10 trang giáo trình Thiết kế
máy biến áp điện lực)
- Mối ghép ở 4 góc và ở giữa là mối ghép xiên.
- Số bậc thang của trụ là 8 bậc
- Hệ số ép chặt là: K
C
=0.925 đ-ợc tra ở bảng 4 (trang 182 giáo trình
Thiết kế Máy Biến áp điện lực)
- Các kích th-ớc cách điện:
đ-ợc xác định dựa vào điện áp thử nghiệm U
TN
cho trong bảng 18, bảng
19 trang 193

195 giáo trình Thiết kế máy biến áp điện lực
các kích th-ớc cách điện tối thiểu của dây quấn cao áp (CA) U
TN1
=85 KV
CA với gông (G): l
02
=7,5 cm
CA HA: a
12
=2,7 cm

12
=0,4 cm
CA CA: a
22
=3,0 cm

22
=0,2 cm
các kích th-ớc cách điện tối thiểu của dây quấn hạ áp (HA) U
TN2
=25 KV
HA G: l
01
=l
02
=7,5 cm
HA trụ (T): a
01
=1 cm

01
=0,4 cm
- Tính các thành phần điện áp ngắn mạch:
Ta có:
2
%
2
%%
nxnrn
uuu
;
dm
n
ndmndmn
dm
ndm
nr
I
P
rIrIP
U
rI
u
3
...3
100.
.
2
%

%89,512,16
%12,1100.
10.1250
14000
100.100.
..3
222
%
2
%%
3
%


nrnrnx
dm
n
phadmdm
n
nr
uuu
S
P
UI
P
u
2. Tính toán tổng hợp (sơ bộ):

Trong tính toán thiết kế Máy biến áp, trị số
l
d
12
.



d
12
: đ-ờng kính trung bình 2 dây quấn CA và HA .d
12
=l
tb
l: chiều cao dây quấn
Bài tập lớn Thiết kế máy biến áp điện lực
Cao Việt Hà- Thiết Bị Điện- Điện Tử 2, K42
Tr-ờng đại học Bách Khoa Hà Nội
5
l
tb
: là chiều dài trung nình của một vòng dây
Có ảnh h-ởng rất lớn đến đặc tính kỹ thuật và kinh tế của máy biến áp.
Việc xác định các kích th-ớc chủ yếu của máy biến áp phải đ-ợc dựa vào
. Tức là phải xác định nh- thế nào đó để máy biến áp đạt đ-ợc những
yêu cầu về kinh tế và đảm bảo các chỉ tiêu kỹ thuật, an toàn trong vận
hành
Tính đ-ờng kính của trụ theo .
- Trụ của máy biến áp đ-ợc ghép bằng các tập thép,
thiết diện của trụ có hình bậc thang với số bậc thang là 8.

Đ-ờng kính d của trụ là đ-ờng kính của đ-ờng tròn
ngoại tiếp thiết diện của trụ.
d đ-ợc xác định theo công thức:
xA
KBuf
kaS
d
lTnx
RR
.
...
..'.
.16
4
22
%


trong đó:
4

x
đ-ợc coi là biến cần tìm
4
22
%
...
.'.
.16
lTnx

RR
KBuf
kaS
A

là hằng số (rất ít phụ thuộc vào )
- xác định A từ công thức:
4
22
%
...
.'.
.16
lTnx
RR
KBuf
kaS
A

trong đó:
S=416.67 KVA: là công suất trên một trụ của máy biến áp
a
R
: chiều rộng quy đổi theo từ tr-ờng tản giữa dây quấn CA và HA
3
a
21
12R
aa
a

; a
12
=2,7 cm là khoảng cách điện giữa cuộn CA HA
cm
aa
aa
cmSK
aa
R
733,4033,17,2
3
033,167,416.45,0'.
3
21
12
4
4
21





K=0,45 là hệ số tra bảng
K
R
=0,95 hệ số Rôgoski, là hệ số quy đổi từ tr-ờng tản lý t-ởng sang
từ tr-ờng tản thực, xem nh- K

R
ít thay đổi theo công suất
f =50 Hz tần số điện áp làm việc
u
nx%
=5,89 thành phần điện áp ngắn mạch phản kháng
B
T
1,591 T
K
l
=K
c
+K
đ
hệ số lợi dụng (sử dụng) lõi thép
K
c
=0,925 (bảng 5)
K
đ
=0,92 (bảng 9) K
l
=0,925.0,92=0,851
Thay số vào ta có:
692,21
8625,0.591,1.89,5.50
95,0.7333,4.67,416
.16
...

.'.
.16
4
22
4
22
%

lTnx
RR
KBuf
kaS
A
d
Bài tập lớn Thiết kế máy biến áp điện lực
Cao Việt Hà- Thiết Bị Điện- Điện Tử 2, K42
Tr-ờng đại học Bách Khoa Hà Nội
6
Ta phải tìm giá trị tối -u nhất, nghĩa là máy biến áp thiết kế phải có
đ-ợc các thông số, đặc tính kỹ thuật phù hợp với yêu cầu và có giá thành
thấp nhất.
Để đạt đ-ợc yêu cầu này ta phải xác định:
- Trọng l-ợng tác dụng của lõi thép.
- Trọng l-ợng kim loại dây quấn.
- Tiêu chuẩn kỹ thuật: P
0
, i
0%
, ,
r

, u
n%

2.1 Chỉ tiêu kinh tế:
Yêu cầu kinh tế của kinh tế của máy biến áp là, có giá thành nhỏ nhất,
tức là chi phí cho máy biến áp là nhỏ
Chi phí cho máy biến áp chủ yếu là chi phí cho vật liệu lõi sắt, chi phí
vật liệu dây quấn.
a) Trọng l-ợng tác dụng của lõi sắt.
Lõi thép gồm trụ và gông: G
l
= G
T
+ G
g
.
- Trọng l-ợng sắt của trụ đ-ợc xác định theo công thức:
2
2
1
xA
x
A
G
T

Trong đó A
1
và A
2

là các hắng số, còn là ẩn
4

x
+ xác định các hằng số A
1
:
l
KAaA ...10.66,5
32
1


trong đó:
d
d
a
12

hầu nh- không thay đổi, đ-ợc xác định theo bảng 12
(trang giáo trình thiết kế máy biến áp điện lực), a=1,4
A= 21,692
K
l
=0,8625 là hệ số lợi dụng lõi sắt, đ-ợc tính ở trên
697,5898625,0.692,21.4,1.10.66,5...10.66,5
3232
1

l
KAaA
(kg)
+ xác định các hằng số A
2
:
02
22
2
...10.60,3 lKAA
l


l
02
= 7,5 cm là khoảng cách điện giữa cao áp và gông
109.5775,7.8625,0.692,21.10.60,3
22
2


A
(kg)
- Trọng l-ợng sắt của gông đ-ợc xác định theo công thức:
G
g
=B
1
x
3

+B
2
x
2
B
1
, B
2
là các hằng số
Với máy biến áp 3 pha, 3 trụ B
1
, B
2
đ-ợc xác định theo công thức
+ xác định B
1
:
).(...10.40,2
32
1
ebaAKKB
lG


trong đó: K
G
=1,02 là hệ số tăng c-ờng gông
K
l
=0,8625 là hệ số lợi dụng lõi sắt

A=21,692
4,1
12

d
d
a
tra bảng 12
29,0
2
2

d
a
b
tra bảng 13