›

Đồ án môn học Thiết kế máy biến áp dầu 3 pha

pdf 45 trang yendo 12541
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Đồ án môn học Thiết kế máy biến áp dầu 3 pha", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfdo_an_mon_hoc_thiet_ke_may_bien_ap_dau_3_pha.pdf

Nội dung text: Đồ án môn học Thiết kế máy biến áp dầu 3 pha

  1. Đồ án môn học thiết kế máy biến áp dầu 3 pha GVHD-ThS. Bùi Tấn Lợi Chương I: NHIỆM VỤ THIẾT KẾ Thiết kế máy biến áp dầu điện lực ba pha, hai dây quấn (cao áp và hạ áp) với các số liệu ban đầu như sau: Tổng dung lượng máy biến áp Sđm = 630 kVA; Số pha của máy biến áp m = 3; Tần số định mức f = 50 Hz; Điện áp dây định mức: U1/U2 = 22/0,4KV; So đồ nối dây Y/Y0-12. Máy biến áp làm mát bằng dầu Máy biến áp làm việc dài hạn, thiết kế lắp đặt trong nhà hoặc ngoài trời. Tổn hao không tải P0 = 1150 W ; tổn hao ngắn mạch Pn = 6040 W ; dòng điện không tải i0% = 1,4 ; điện áp ngắn mạch Un% = 4,5%. Xác định các đại lượng kích thước cơ bản ; thiết kế dây quấn MBA ; tính toán ngắn mạch ; tính toán mạch từ ; tính toán tổn hao và hiệu suất. Chương II TÍNH TOÁN CÁC KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU I. XÁC ĐỊNH CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐIỆN CƠ BẢN 1. Dung lượng một pha S dm 630 Sf = = = 210 (kVA) m 3 S 630 Dung lượng trên mỗi trụ: S’ = dm = = 210 (kVA) . t 3 2. Dòng điện dây định mức: S .10 3 630.10 3 - Phía cao áp: I = dm = = 16,53 (A) . 1 3 3.U1dm 3.22.10 3 3 Sdm.10 630.10 - Phía hạ áp: I2 = = 3 = 909,3(A) 3.U 2dm 3.0,4.10 3. Dòng điện pha định mức: Vì dây quấn nối Y/Y0 nên: If1 = I1 = 16,53 (A). If2 = I2 = 909,3 (A). Sinh Viên : Nguyễn Văn Nam - Lớp 31D2DE Trang 1
  2. Đồ án môn học thiết kế máy biến áp dầu 3 pha GVHD-ThS. Bùi Tấn Lợi 4. Điện áp pha định mức: 3 U1dm 22.10 - Phía cao áp: Uf1 = = = 12700 (V) 3 3 3 U 2dm 0,4.10 - Phía hạ áp: Uf2 = = = 230,94 (V) 3 3 5. Điện áp thử của các dây quấn: Để xác định khoảng cách cách điện giữa các dây quấn và giữa các phần khác của máy biến áp thì ta phải biết được điện áp thử của chúng. Với dây quấn U1đm = 22 kV và U2đm= 0,4 kV ta trả trong bảng 2 tài liệu hướng dẫn ta được: Với U1đm = 22 kV ta có Uth1= 55 kV Với U2đm = 0,4 kV ta có Uth2 = 5 kV. 6. Các thành phần điện áp ngắn mạch. Thành phần tác dụng của điện áp ngắn mạch: Pn 6 0 4 0 Unr = % = = 0,96 %. 10.S 10.6 3 0 Thành phần phản kháng của điện áp ngắn mạch: 2 2 2 2 Unx = U n U nr = 4,5 0,96 = 4,4 %. II. Chọn số liệu xuất phát và tính toán các kích thước cơ bản C C d đường kính trụ sắt. l chiều cao dây quấn. a1 a2 d12 đường kính trung bình giữa hai dây quấn hay của l0 rãnh dầu của hai dây quấn . a22 l a1 bề rộng dây quấn cao áp. a2 bề rộng dây quấn hạ áp. a12 a01 l0 khoảng cách từ dây quấn đến gông. a22 khoảng cách giữa hai dây quấn cao áp quấn ở hai trụ. a01 bề rộng rãnh dầu giữa lõi thép và cuôn hạ áp. d d12 a12 khoảng cách cách điện giữa dây quấn cao áp và dây Các kích thước cơ bản của máy biến áp quấn hạ áp. C khoảng cách giữa hai trụ. Sinh Viên : Nguyễn Văn Nam - Lớp 31D2DE Trang 2
  3. Đồ án môn học thiết kế máy biến áp dầu 3 pha GVHD-ThS. Bùi Tấn Lợi 1. Chiều rộng quy đổi của rãnh từ tản giữa dây quấn cao áp và hạ áp: Với Uth1= 55 kV, theo bảng 19 TLHD ta có a12 = 20 mm, 12 = 5 mm. trong rãnh a12 đặt ống cách điện dày = 5 mm. Theo bảng công thức (2-36) và bảng 12 TLHD ta chọn k = 0,53 a a 1 2 = k. 4 S ' .10-2 = 0,53. 4 210 .10-2 = 0,02018 (m). 3 Chiều rộng quy đổi từ trường tản : ar = a12 + = 0,02 +0,02018 = 0,04018 (m). 2. Hệ số quy đổi từ trường tản là kr = 0,95 3. Ta chọn tôn cán lạnh mã hiệu 3404 có chiều dày 0,35 mm. Theo bảng 11 tài liệu hướng dẫn, ta chọn từ cảm trong trụ Bt = 1,6 T, hệ số kg = 1,025 bảng số 6 Cách ghép trụ: Theo bảng 6 TLHD, ta chọn cách ghép trụ bằng nêm và dây quấn. Cách ép gông: Ta chọn cách ép gông bằng xà ép, bu lông đặt phía ngoài gông. Chọn hệ số tăng cường gông kg = 1,025. Sử dụng lõi thép có bốn mối ghép xiên ở bốn góc của lõi, còn ba mối nối giữa dùng mối ghép thẳng lá tôn. Theo bảng 4 TLHD chọn số bậc thang trong trụ là 8 số bậc thang của gông lấy nhỏ hơn trụ một bậc tức là 7 bậc, hệ số chêm kín kc = 0,928. Lớp Tra trong bảng 10 TLHD chọn hệ số điền dầy rãnh là kđ = 0,97. 2 Hệ số lợi dụng lõi sắt kld = kc.kđ = 0,928.0,97 = 0,9. Bt 1,6 Từ cảm trong gông : Bg = = =1,56 (T). k g 1,025 ’’ Từ cảm ở khe hở không khí mối nối thẳng : B k = Bt = 1,6 (T). ’ Bt 1,6 Từ cảm ở khe hở không khí ở mối nối xiên : B k = = = 1,13(T). 2 2 Suất tổn hao sắt ở trụ và gông, theo bảng 45 và 50 TLHD với tôn chọn có mã hiệu là 3404 ta tra được các số liệu sau: Với Bt = 1,6 T tra được pt = 1,295 (W/kg), qt = 1,775(VA/kg). Với Bg = 1,56T tra được pg= 1,207 (W/kg), qg = 1,575(VA/kg). Sinh Viên : Nguyễn Văn Nam - Lớp 31D2DE Trang 3
  4. Đồ án môn học thiết kế máy biến áp dầu 3 pha GVHD-ThS. Bùi Tấn Lợi Suất từ hoá ở khe không khí: ’’ ’’ 2 Với B k = 1,6 (T) tra được q k = 23500 VA/m . ’ ’ 2 Với B k = 1,13 (T) tra dược q k = 2000 VA/m . 4. Các khoảng cách cách điện chính: Chọn theo Uth1 = 55 kV của cuộn sơ cấp ( cao áp ) và Uth2 = 5 kV của cuộn thứ cấp (hạ áp). Tra bảng 18, 19 TLHD ta có các số liệu sau : - Trụ và dây quấn hạ áp a01 = 5 mm. - Dây quấn hạ áp và cao áp a12 = 20 mm. - Ống chách điện giữa cao áp và hạ áp 12 = 5 mm. - Dây quấn cao áp và cao áp a22 = 20 mm. - Tấm chắn giữa các pha 22 = 3 mm. - Khoảng cách giữa dây quấn cao áp và gông l0 = l01 = l02 = 50 mm. - Phần đầu thừa của ống cách điện lđ2 = 30 mm. 5. Các hằng số a, b tính toán có thể lấy gần đúng và được tra trong bảng 13, 14 TLHD: d 2a a = 12 =1,36. b = 2 = 0,40. d d 6. Tra trong bảng 15 TLHD ta được hệ số tính toán tổn hao phụ trong dây quấn, ở trong dây dẫn ra vách thùng và ở vài chi tiết kim loại khác do dòng điện xoáy gây nên, kf = 0,93; e = 0,405 là hệ số qui đổi ½ tiết diện trụ hình thang về hình chữ -2 nhật, hệ số gia tăng tổn hao công suất ở góc nối kp0 =10,18, kdqCu = 2,46.10 7. Quan hệ giữa đường kính trung bình d12 và chiều cao l của trụ sắt. Trong thiết kế người ta dùng hệ số  để chỉ quan hệ giữa chiều rộng và chiều cao của máy. .d = 12 ; thay đổi từ 1,2 đến 3,6 l Sự lựa chọn hệ số không những ảnh hưởng đến mối tương quan khối lượng vật liệu thép, dây đồng mà còn ảnh hưởng đến các thông số kỹ thuật như: Tổn hao không tải, tổn hao ngắn mạch Về mặt kinh tế: Nếu máy biến áp có cùng công suất, điện áp, các số liệu xuất phát, và các tham số kỹ thuật thì khi nhỏ, máy biến áp “gầy” và cao, nếu lớn thì máy biến áp “ béo” và thấp. với những trị số khác nhau thì tỷ lệ trọng lượng sắt Sinh Viên : Nguyễn Văn Nam - Lớp 31D2DE Trang 4
  5. Đồ án môn học thiết kế máy biến áp dầu 3 pha GVHD-ThS. Bùi Tấn Lợi và trọng lượng đồng trong máy biến áp cũng khác nhau.  nhỏ trọng lượng sắt ít, lượng đồng nhiều, tăng lên thì lượng sắt tăng lên, lượng đồng nhỏ lại. 8. Đường kính của lỏi thép: Theo công thức (2-37) TLHD d = A.x Trong đó x = 4  ' S a. krr 4 A là hằng số A = 0,507. 22 f U. . .Bnxtd k 1 Với: S’ = 210 (kVA) ar = 0,04018 (m) f = 50 Hz Unx = 4,4 % Bt = 1,6 (T) kr là hệ số quy đổi từ Rogovski, chọn kr = 0,95. kld là hệ số lợi dụng của lỏi sắt đã tính ở trên: kld = 0,9. Từ đó ta có 210.0,04018.0,95 A = 0,507. 4 = 0,1846 50.4,4.1,62.0,92 Vậy d = A.x = 0,1864.x 9. Trọng lượng tác dụng của lỏi thép 9.1 Trọng lượng thép trong trụ: A1 2 Gt = + A2.x (theo CT 2-42 TLHD ) x 4 3 Với A1 = 5,663.10 .a .A .k1d Trong đó d12 = a.d a = d12/d Với trị số hướng dẫn a = d12/d bằng 1,40 đối với dây quấn đồng, theo bảng 13 TLHD 4 3 A1 = 5,663.10 .1,40.0,1846 .0,9 = 448,86 (kg) 4 2 A2 = 3,605.10 .A .kld.l0 Sinh Viên : Nguyễn Văn Nam - Lớp 31D2DE Trang 5
  6. Đồ án môn học thiết kế máy biến áp dầu 3 pha GVHD-ThS. Bùi Tấn Lợi 4 2 A2 = 3,605.10 .0,9.0,1846 .0,05 = 55,29 (kg) 4 4 8,86 2 Vậy Gt = + 55,29.x x 9.2 Trọng lượng thép trong gông 3 2 Gg = B1.x + B2.x theo CT 2-48 TLHD Với a = 1,40; kg = 1,025 2a Trị số hướng dẫn b = 2 tra bảng 14-15 TLHD ta có b = 0,4 ; e = 0,405. d 4 3 4 3 B1 = 2,4.10 .kg.k1d.A .(a+b+e) = 2,4.10 .1,025.0,9.0,1846 .(1,4 + 0,40 + 0,405) = 307,18 (kg) 4 2 B2 = 2,4.10 .kg.k1dA .(a12 + a22) Với a12 = 0,02 m a22 = 0,02 m 4 2 B2 = 2,4.10 .1,025.0,9.0,1846 .(0,02 + 0,02) = 30,19 (kg) 3 2 Vậy Gg =307,18.x + 30,19.x Như vậy trọng lượng của lỏi thép (công thức 2-51): Gfe = Gt + Gg A1 2 3 Gfe = + (A2 +B2).x + B1.x x 4 4 8,86 2 3 4 4 8,86 2 3 Gfe = + (55,29 + 30,19)x + 307,18x = + 85,48x + 307,18x x x 10. Trọng lượng kim loại làm dây quấn C1 Gdq = theo CT (2-55) TLHD x 2 2 Sa. -2 Với C1 = Kdq. 2 2 2 (vì f = 50 Hz), Kdqcu = 2,46.10 kf k1 d B t U nr A kf là hệ số tính tổn hao phụ trong dây quấn, ở trong đầu ra và các chi tiết kim loại khác do dòng điện xoáy gây nên. Theo bảng 15 TLHD tra dược kf = 0,93 2 -2 630.1,4 C1 = 2,46.10 . = 481,94 (kg). 0,93.0,92.1,62.0,96.0,1846 2 Sinh Viên : Nguyễn Văn Nam - Lớp 31D2DE Trang 6
  7. Đồ án môn học thiết kế máy biến áp dầu 3 pha GVHD-ThS. Bùi Tấn Lợi C1 481,94 Gdq = = . x 2 x 2 11. Xác định các hằng số trong biểu thức giá thành cực tiểu của vật liệu tác dụng: 2 B A 30,19 55,29 B = . 2 2 = . = 0,1855 3 B1 307,18 A 448,86 C = 1 = = 0,487 3B1 3.307,18 2.C1 2.481,94 D = kdqfe.k = .1,84.1,06 = 2,04 3.B1 3.307,18 Với kdqfe =1,84, tra bảng 16 TLHD k là hệ số hiệu chỉnh trọng lượng của dây quấn ( vì dây quấn có thêm sơn cách điện và các phần điều chỉnh điện áp ở cuộn cao áp) k=1,03.1,03 = 1,06. Ta có phương trình : x5 + Bx4 - Cx - D = 0 x5 + 0,1855x4 - 0,487x – 2,04 = 0 Dùng phần mềm MATLAB để giải phương trình trên ta được x = 1,1768.Từ đó ta có  = x4 = 1,9178 Chọn  = 1,9178 thì giá thành của máy biến áp thiết kế là nhỏ nhất, nghĩa là phương án tối ưu về măt kinh tế. Nhưng ta còn phải chọn một phương án không những tối ưu về mặt kinh tế mà còn thoả mãn các chỉ tiêu kỹ thuật trong giới hạn sai số cho phép. Từ x = 1,1768 ta tính được các thông số ở trên như sau. - Trọng lượng thép trong trụ: 448,86 2 448,86 2 Gt = + 55,29.x = + 55,29.1,1768 = 457,99 (kg) x 1,1768 - Trọng lượng thép trong gông: 3 2 3 2 Gg = 307,18.x + 30,19.x = 307,18.1,1768 + 30,19.1,1768 = 542,42 (kg). - Trọng lượng lỏi thép: Gfe = Gt + Gg = 457,99 + 542,42 = 1000,41 (kg). - Trọng lượng dây quấn : Sinh Viên : Nguyễn Văn Nam - Lớp 31D2DE Trang 7
  8. Đồ án môn học thiết kế máy biến áp dầu 3 pha GVHD-ThS. Bùi Tấn Lợi C1 4 8 1,94 Gdq = = = 348(kg). x 2 1,1 7 6 8 2 12. Kiểm tra sơ bộ điều kiện phát nóng: Theo công thức (2-71) TLHD ta có: 2,4.C1 2,4.481,94 xmax 4,5. = 4,5. = 2,04. kPfn 0,93.6040 Với C1 = 481,94 (kg) kf = 0,93. Pn = 6040 (W) là tổn hao ngắn mạch Từ đó ta có x = 1,1768 < xmax = 2,04 như vậy điều kiện phát nóng được đảm bảo. 13. Trọng lượng một góc của lõi: 4 3 3 G0 = 0,486.10 .kg.k1d.A .x ( theo CT (2-66b) TLHD). 4 3 3 G0 = 0,486.10 . 1,025.0,9.0,1846 .1,1768 = 45,97(kg). 14. Tiết diện tác dụng của trụ Theo công thức (2-68a) TLHD, ta có 2 2 2 2 2 Tk =Tt = 0,785.k1d.A .x = 0,785.0,9.0,1864 .1,1769 = 0,033 (m ) 15. Tổn hao không tải Theo công thức (5-23) TLHD ta có: k p0 k p0.G0 P0 = kpf. pt.(Gt +G0. ) + kpf.pg[Gg - (N + 2).G0 + ] 2 2 Trong đó N là số lượng góc của mạch từ N = 4 đối với máy biến áp ba pha. kpf là hệ số tổn hao phụ, tra bảng 48 TLHD ta được kpf = 1,13 kpo = kn.k’po+ kt.k’’po Với kn là hệ số biểu thị số lượng góc có dạng mối nối nghiêng, kn = 4. k’po, k’’po : Là hệ số gia tăng tổn hao góc nối ở các góc mạch của mạch từ. Tra bảng 46a TLHD ta có: Sinh Viên : Nguyễn Văn Nam - Lớp 31D2DE Trang 8
  9. Đồ án môn học thiết kế máy biến áp dầu 3 pha GVHD-ThS. Bùi Tấn Lợi k’po = 1,32. k’’po = 1,96. kt là hệ số biểu thị số lượng góc có dạng mối nối thẳng (kt = 2.1,25=2,5); kpo = 4.1,32+2,5.1,96 = 10,18. pt = 1,295(VA/kg), pg = 1,027(W/kg), G0 = 45,97(kg), Gg = 542,42(kg) ; Gt = 457,99(kg) 10,18 10,18 Vậy P0= 1,13.1,295.(Gt +Go. ) + 1,13.1,207[Gg - (4 + 2)Go + .Go ] = 2 2 = 1,463Gt + 1,364Gg + 6,207G0 = 1,463.457,99 + 1,364.542,42 + 6,207.45,97 = 1695,23 (W). 16. Công suất từ hoá của may biến áp. Theo công thức (5-31) TLHD ta có kio kig .kir Q0 = k’if .k’’if.qt(Gt + Go) + k’if .k’’if.qg [Gg + Go-(N+2)G0] + k’’if.  qk.nk.Tk 2 2 Trong đó : k’if = kib.kic= 1,20. là tôn lạnh có ủ sau khi cắt dập k’’if = kig.kie.kit = 1,06. là tiết diện gông nhiều bậc lá thép có ủ qt = 1,775(VA/kg), qg= 1,575 (VA/kg) là suất từ hoá của trụ và gông. 2 2 qkt = 23500 VA/m , qkg = 2000 VA/m là những suất từ hoá ở những khe hở không khí (bảng 50 TLHD) kig là hệ số làm tăng công suất từ hóa ở gông: kig =1,00 kir kể đến ảnh hưởng do chiều rộng lá tôn ở các góc mạch từ , tra bảng 52b ta được kir = 1,35 nk là số khe hở không khí trong lõi thép. Tk = Tt/ 2 là diện tích bề mặt khe hở không khí kio là hệ số gia tăng dòng điện không tải do công suất từ hoá tăng lên, kio = 27,95 (tra bảng 53 LTHD) Sinh Viên : Nguyễn Văn Nam - Lớp 31D2DE Trang 9
  10. Đồ án môn học thiết kế máy biến áp dầu 3 pha GVHD-ThS. Bùi Tấn Lợi 27,95 1.1,35 Q0 =1,20.1,06.1,775.(Gt + Go) + 1,20.1,06 . 1,575 [Gg + .Go- (4+ 2).Go ] 2 2 + 1,06 . 23500 .4.Tt + 1,06 . 2000 . 3 .Tt = = 2,2578Gt + 2,0034Gg + 20,88456G0 + 99640.Tt + 6360.Tt = 2,2578.457,99 + 2,0034.542,42 + 20,88456.59,97 + 99640.0,0472 + 6360.0,033 = 8294(VAr) 17. Thành phần phản kháng của dòng điện không tải. Theo công thức (2-62) TLHD Qo 8 2 9 4 I0 = = = 1,317(%) 10.S 10.6 3 0 18.Mật độ dòng điện trong dây quấn: Theo công thức (2-70) TLHD k f .Pn 0,93.6040 6 2 = = 12 = 2,59.10 A/mm k.Gdq 2,4.10 .348 K là hằng số phụ thuộc vào điện trở dây quân: K = 2,4.10-12 đối với dây đồng 19. Khoảng cách giữa hai trụ: C = d12 + a12 + 2a2 +a22 0,4d Với 2a2 = 0,4.d a2 = = 0,043 mà d = A.x =0,1846.1,1768 = 0,217 2 d12 = a.d = 1,40.0,217 = 0,303; a22 = 20mm = 0,02m; a12 = 20mm = 0,02m C = 0,303 + 0,02 + 2.0,043 + 0,02 = 0,429 20. Trọng lượng dây dẫn: Gdd = 1,03.1,03.Gdq = 1,06.Gdq = 1,06.348 = 368,88 (kg) 21. Giá thành vật liệu tác dụng: Theo công thức (2-59), ta có ' 3 2 A1 C1 C = B1 x + (B2 + A2).x + + kd.fe.k. td x x 2 Với k = 1,03.1,03 = 1,06 Tra bảng 16 TLHD ta được kd.fe = 1,84 Sinh Viên : Nguyễn Văn Nam - Lớp 31D2DE Trang 10
  11. Đồ án môn học thiết kế máy biến áp dầu 3 pha GVHD-ThS. Bùi Tấn Lợi 4 4 8,86 4 8 1,94 C ' = 307,18.x3 + (30,19 + 55,29).x2 + + 1,84.1,06. td x x 2 = 307,18.x3 + 85,48.x2 + 4 4 8,86 + 9 3 9,9 = 1679,1 x x 2 Từ các số liệu tính toán ở trên ta cho  thay đổi từ 1,2 đến 2,4 ta được bảng sau: Hệ số  1,20 1,40 1,60 1,675 1,70 1,80 2,00 2,20 2,40 x 4  1,047 1,088 1,125 1,138 1,142 1,158 1,189 1,218 1,245 x 2 4  2 1,095 1,183 1,265 1,294 1,304 1,342 1,414 1,483 1,549 x3 4  3 1,147 1,287 1,423 1,472 1,489 1,554 1,682 1,806 1,928 A 448,86 1 428,966 412,749 399,197 394,652 393,193 387,614 377,538 368,648 360,716 x x 2 2 60,571 65,425 69,942 71,562 72,094 74,185 78,197 82,014 85,661 A 2 .x = 55,29.x A G 1 A .x2 489,537 478,173 469,139 466,214 465,287 461,799 455,735 450,662 446,377 t x 2 3 3 B1.x 307,18.x 352,187 395,351 436,995 452,270 457,323 477,355 516,606 554,886 592,305 2 2 B2.x = 30,19.x 33,066 35,716 38,182 39,066 39,357 40,498 42,689 44,772 46,763 3 2 Gg = B1.x + B2.x 385,253 431,067 475,177 491,337 496,680 517,853 559,294 599,658 639,068 Gfe = Gt+Gg 874,790 909,240 944,316 957,551 961,968 979,651 1015,029 1050,320 1085,444 3 Go = 45,97.x 52,711 59,171 65,404 67,690 68,446 71,444 77,319 83,048 88,648 1,463Gt 716,364 699,735 686,515 682,234 680,878 675,773 666,900 659,477 653,205 6,207Go 327,190 367,290 405,979 420,170 424,864 443,474 479,939 515,502 550,265 Sinh Viên : Nguyễn Văn Nam - Lớp 31D2DE Trang 11
  12. Đồ án môn học thiết kế máy biến áp dầu 3 pha GVHD-ThS. Bùi Tấn Lợi 1,364Gg 525,450 587,936 648,099 670,139 677,427 706,304 762,827 817,880 871,631 P = 1,463G + o t 1569 1655 1741 1773 1783 1826 1910 1993 2075 6,207Go + 1,364Gg Tt = 0,033.x2 0,0365 0,0395 0,0422 0,0432 0,0435 0,0447 0,0472 0,0495 0,0517 2,2578Gt 1.105,277 1.079,620 1.059,223 1.052,618 1.050,525 1.042,649 1.028,958 1.017,505 1.007,829 20,88465Go 1.100,840 1.235,761 1.365,930 1.413,675 1.429,470 1.492,082 1.614,771 1.734,425 1.851,385 2,0034Gg 771,816 863,599 951,970 984,344 995,050 1.037,466 1.120,490 1.201,355 1.280,308 4911,32.x2 5.380,077 5.811,147 6.212,377 6.356,313 6.403,572 6.589,221 6.945,649 7.284,658 7.608,577 Qo 8358 8990 9589 9807 9879 10161 10710 11238 11748 Q I o % 1,327 1,427 1,522 1,557 1,568 1,613 1,700 1,784 1,865 o 10.S C 481,94 G 1 439,947 407,312 381,005 372,377 369,629 359,215 340,781 324,922 311,089 dq x2 x2 1,03G dq 453,145 419,531 392,435 383,549 380,718 369,991 351,005 334,670 320,422 G 1,03.1,03G dd dq 466,740 432,117 404,208 395,055 392,140 381,091 361,535 344,710 330,035 kdqfe.Gdd 1,84Gdd 858,801 795,095 743,743 726,902 721,537 701,208 665,224 634,266 607,264 C'td G fe kdqfe.Gdd 1.733,591 1.704,335 1.688,060 1.684,452 1.683,504 1.680,859 1.680,254 1.684,587 1.692,708 0,93.6040  6 2,307 2,397 2,479 2,507 2,516 2,553 2,621 2,684 2,743 2,4.10 .Gdq d = A.x = 0,1846.x 0,19 0,20 0,21 0,210 0,2108 0,21 0,22 0,22 0,23 0,27 0,28 0,29 0,294 0,30 0,30 0,31 0,31 0,32 d 12 = a.d =1,4.d Sinh Viên : Nguyễn Văn Nam - Lớp 31D2DE Trang 12
  13. Đồ án môn học thiết kế máy biến áp dầu 3 pha GVHD-ThS. Bùi Tấn Lợi .d l 12 0,708 0,631 0,571 0,551 0,545 0,522 0,483 0,449 0,421  C d12 a12 2a2 a22 0,66 0,68 0,70 0,71 0,71 0,72 0,74 0,76 0,78 d12 a12 b.d a22 2 C'td theo beta y = 144,41x - 570,52x + 2237,1 1.780,000 1.760,000 1.740,000 1.720,000 C'td 1.700,000 1.680,000 1.660,000 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 beta 22. Nhận xét: Dựa vào bảng biến thiên, với mức tổn hao không tải Po = 1150 W và dòng không tải io = 1,4% ta thấy các phương án đã tính thì phương án có hệ số  = 1,912 ứng với gía thành nhỏ nhất không khả thi vì với máy biến áp có S= 630kVA thì biến thiên từ 1,8 đến 2,4. Bởi vậy với sai số của C’td là 1% so với giá trị nhỏ nhất ta có thể lấy = 1,7 Đường kính trụ sắt: d = A. 4  = 0,1846. 4 1,7 = 0,2108(m), chọn đường kính tiêu chuẩn d = 0,21 4 d 0,21 -Tính lại trị số β : β ( dm ) 4 = = 1,675; x = 4  = 4 1,675 = 1,1376; A 0,1846 Với trị số  = 1,675 bảng trên ta tính được: Sinh Viên : Nguyễn Văn Nam - Lớp 31D2DE Trang 13
  14. Đồ án môn học thiết kế máy biến áp dầu 3 pha GVHD-ThS. Bùi Tấn Lợi A1 2 4 4 8,86 2 Gt = A .x = + 55,29.1,1376 = 466,12( kg); x 2 1,1 3 7 6 3 2 3 2 Gg = 307,18.x + 30,19.x = 307,18.1,1376 + 30,19.1,1376 = 491,3 (kg) GFe = Gt + Gg = 466,12 + 491,3 = 957,42 (kg) C1 481,94 Gdq = = = 372,4 (kg) x 2 1,1376 2 Po = 1,463.Gt + 1,364Gg + 6,207G0 = 1,463.466,12 + 1,364.491,3 + 6,207.55,97 = 1689,39 (W) io = 0,855 P0 P01 1695,23 1689,39 Sai số của Po là .100 = .100 = 3,44(%) P0 1695,23 - Đường kính trung bình của rãnh dẫn dầu sơ bộ: d12 = a.d = 1,4.0,21 = 0,294 (m) π.d 3,14.0,294 - Chiều cao dây quấn sơ bộ: l = 12 = = 0,551 (m) β 1,675 2 - Tiết diện hữu dụng của trụ sắt: Tt = kđ.Tb = 0,97.0,03192 = 0,031 (m ) 2 Với Tb = 0,03192 m theo bảng 42 TLHD ứng với d = 0,21 m - Khoảng cách giữa hai trụ: C = d12 +a12 +2a2 +a22 = 0,294 + 0,02+0,043 + 0,02 = 0,3148 (m). k .P 0,93.6040 - Mật độ dòng điện: = f n .106 = .106 = 2,506.106(A/m2); k .G 12 481,94 Cu dq 2,4.10 . 1,1376 2 - Giá thành : C’td = Gfe + kd.fe.Gdd = 957,42 + 1,84. 395,08= 1352,5 - Sức điện động của một vòng dây: Uv = 4,44.f.Bt.Tt = 4,44.50.1,6.0,031= 10,01(V) CHƯƠNG III. TÍNH TOÁN KẾT CẤU DÂY QUẤN CỦA MÁY BIẾN ÁP I. Tính toán dây quấn thứ cấp (hạ áp). 1. Sức điện động của một vòng dây: Sinh Viên : Nguyễn Văn Nam - Lớp 31D2DE Trang 14
  15. Đồ án môn học thiết kế máy biến áp dầu 3 pha GVHD-ThS. Bùi Tấn Lợi Uv = 4,44.f.Bt.Tt = 4,44.50.1,6.0,031 = 10,01 (V/vòng). 2. Số vòng dây một pha của dây quấn hạ áp: U f2 231 W2 = = = 21 U v 10,998 Chọn W2 = 21 (vòng) Uf2 là điện áp trên một trụ của dây quấn thứ cấp , Uf2 = 231 V trên cả ba trụ. U f 2 231 Điện áp thực của mỗi vòng dây Uv = = = 11 (V) W 2 21 3. Mật độ dòng điện trung bình: Pn. U v 4 6040.11 4 2 tb = 0,746. kf. .10 = 0,746.0,93. .10 = 2,49 (MA/m ) S.d12 630.0,294 4. Tiết diện vòng dây sơ bộ: I2 909,3 -6 2 2 T’2 = = 6 = 365,39.10 (m ) = 365,39 (mm ) tb 2,49.10 Theo bảng 38 TLHD , với S = 630kV, I2 = 909,3 A, U2 = 231 V; 2 T’2 = 365,39mm , ta chọn dây quấn hạ áp kiểu hình xoắn mạch đơn dây dẫn chữ nhật. 5. Chiều cao sơ bộ mỗi vòng dây. l2 hv2 = - hr2 W2 4 Trong đó hr2 là kích thước hướng trục của rãnh dẫn dầu giữa các bánh dây. Theo bảng 54a TLHD ta chọn hr2 = 5 mm = 0,005m 0,551 hv2 = - 0,005 = 0,01705 (m) = 17,05 mm. 21 4 6. Chọn dây dẫn: 2 Với hv2 = 17,05 mm và T’2 = 365,39 mm Tra bảng 21 TLHD ta chọn dây đồng tiết diện chữ nhật mã hiệu  Cд có:Я a = 4,75 mm b = 8 mm Sinh Viên : Nguyễn Văn Nam - Lớp 31D2DE Trang 15
  16. Đồ án môn học thiết kế máy biến áp dầu 3 pha GVHD-ThS. Bùi Tấn Lợi 2 Tiết diện Td2 = 37,1 mm Chọn số sợi chập kép nv2 = 10 4,75 8 Quy cách dây quấn như sau:  Cд - 10 ; 37,1 5,25 8,5 7. Tiết diện mỗi vòng dây: 2 T2 = nv2.Td2 = 10.37,1 = 371(mm ) . 8. Chiều cao thực của mỗi vòng dây: hv2 = 2.b’ + hr2 = 2.8,5 + 5 = 22 mm 9. Mật độ dòng điện thực của dây quấn hạ áp: I2 9 0 9,3 2 2 = = 6 = 2,45 MA/m . T2 3 7 1.10 10. Chiều cao thực của dây quấn hạ áp Ở đây ta chọn dây quấn hình xoắn mạch kép hoán vị phân bố đều, có rãnh dầu giữa tất cả các bánh dây. (CT 3-23c) ’ -3 -3 l2 = 2b .10 (W2 +1) + k.hr2 (2W2 + 1).10 = 2.8,5.10-3. (21 + 1) + 0,95.5 (2.21 + 1).10-3 = 0,58 (m) Trong đó k là hệ số kể đến sự co ngót của tấm đệm sau khi ép chặt cuộn dây. Chọn k = 0,95 11. Bề dày dây quấn hạ áp (CT 3-24) , 3 nv2 -3 10 a2 = a .10 = 5,25.10 = 0,02625 m n 2 với n = 2 đối với dây quấn hình xoắn mạch kép 12. Đường kính trong của dây quấn hạ áp: (CT 3-25) -3 D2’ = d + 2.a01 . 10 với a01 = 5mm, d = 0,21m; -3 D’2 = 0,21 + 2.5.10 = 0,22 (m). 13. Đường kính ngoài của dây quấn hạ áp (CT 3-26) D’’2 = D’1 + 2.a2 = 0,22 +2.0,02625 = 0,2725(m) 14. Bề mặt làm lạnh của dây quấn Với dây quấn hình xoắn mạch đơn có rãnh dầu giữa tất cả các bánh dây (CT 3-27a) Sinh Viên : Nguyễn Văn Nam - Lớp 31D2DE Trang 16
  17. Đồ án môn học thiết kế máy biến áp dầu 3 pha GVHD-ThS. Bùi Tấn Lợi ’ ’ -3 M2 = 2.t.k. (D2 +a2)(a2 + b 10 ).W2 (m) Với k = 0,75 la hệ số kể đến sự che khuất bề mặt của dây quấn của que nêm và các chi tiết cách điện khác. -3 2 M2 = 2.3.0,75.3,14(0,22+ 0,02625)(0,02625 + .8,5.10 ).21 = 2,54 m 15. Trọng lượng dây quấn thứ cấp (hạ áp) ' '' D2 D2 3 Gcu2 = 28.t .W2.T2.10 (kg 2 = 28.3 0,22 0,2725 .21.371.103 = 161,16 (kg) 2 16. Trọng lượng dây quấn thứ cấp kể cả cách điện Gdq2 = 1,02.Gcu2 =1,02.161,16 = 164,38 (kg) II. Tính toán dây quấn sơ cấp (cao áp): 1. Chọn sơ đồ điều chỉnh điện áp: Máy biến áp sau khi thiết kế có thể lắp đặt ở nơi gần nguồn hoặc xa nguồn vì thế điện áp đưa vào cuộn sơ cấp (cao áp) thay đổi một lượng U nào đó. Vì vậy để duy trì điện áp đầu ra ổn định trong một phạm vi nào đó ta phải chọn đầu phân áp cho phù hợp trước khi lắp đặt. Dòng điện làm việc qua các tiếp điểm: I1 = 16,53 A. Điện áp lớn nhất giữa các tiếp điểm của hai pha của bộ đổi nối: U1 X1 X2 X3 X4 X5 Ulv = 10% 3 A A 22000 A = 10%. = 1270 V Z5 3 X5 Y5 Z4 X4 Y4 X3 Z3 Y3 Điện áp thử: X2 Z2 Y2 Z1 Y1 U1 Uth = 20%. 3 X 1 22000 Sơ đồ điều chỉnh điện áp Sơ đồ bộ đổi nối = 20%. = 2540 (V) 3 Để có được những điện áp khác nhau bên cao áp cần phải nối như sau: Sinh Viên : Nguyễn Văn Nam - Lớp 31D2DE Trang 17
  18. Đồ án môn học thiết kế máy biến áp dầu 3 pha GVHD-ThS. Bùi Tấn Lợi 2. Số vòng dây của dây quấn sơ cấp (cao áp) ứng với điện áp định mức: U f 1 1 2 7 0 0 W1 = W2. = 21. = 1154,55 (vòng) U f 2 2 3 1 Lấy tròn W1 = 1155 vòng 3. Số vòng dây của một cấp điều chỉnh điện áp (CT 3-29b) Wđc = 0,025 W1 = 0,025.1155 = 28,88 (vòng) Lấy tròn Wđc = 29 vòng 4. Số vòng dây tương ứng ở các đầu phân nhánh: Ta chọn loại có 4 cấp điều chỉnh điện áp, ứng với mỗi cấp điều chỉnh là 2,5% điện áp định mức : - Cấp 13338 V – (X1Y1Z1) ứng với W = 1155 + 2.29 = 1213(vòng) - Cấp 13019 V – (X2Y2Z2) ứng với W = 1155 + 29 = 1184 (vòng) - Cấp 12700 V – (X3Y3Z3) ứng với W = 1155 (vòng) - Cấp 12381 V – (X4Y4Z4) ứng với W = 1155 – 29 = 1126 (vòng) - Cấp 12062 V – (X5Y5Z5) ứng với W = 1155 – 2.29 = 1097 (vòng) 5. Mật độ dòng điện sơ bộ: ' 2 1 = 2. tb – 2 = 2.2,5 – 2,45 = 2,55 (MA/m ) 6. Sơ bộ tính tiết diện vòng dây: I1 16,53 6 2 2 T’1 = ' = 6 = 6,48.10 m = 6,48 mm Δ1 2,55.10 2 Với S = 630 kVA; I = 16,53 A; U1 = 22 kV; T’1 = 6,48 mm . Ta chọn kết cẩu dây quấn kiểu hình ống nhiều lớp dây tròn (theo bảng 38 TLHD). Theo bảng 20 TLHD ta chọn dây dẫn tiết diện tròn mã hiệu  Б có kích thước như sau : Б – 1 x 3,0 ; 7,07 mm2 3,5 7. Tiết diện toàn phần của một vòng dây. -6 -6 -6 2 2 T1 = nv1. T’d1.10 = 1. 7,07 .10 = 7,07 .10 m = 7,07 mm 8. Mật độ dòng điện thực: Sinh Viên : Nguyễn Văn Nam - Lớp 31D2DE Trang 18
  19. Đồ án môn học thiết kế máy biến áp dầu 3 pha GVHD-ThS. Bùi Tấn Lợi I1 16,53 2 1 = = = 2,34 (A/mm ) T1 7,07 9. Số vòng dây trên một lớp: 3 3 l1.10 0,580.10 W12 1 = 1 = 165 (vòng) nv1.d'1 1.3,5 l1 = l2 = 0,580 m ; d1’ là đường kính dây kể cả cách điện (d’1 = d1 + 0,5 (mm) 10. Số lớp của dây quấn: W1 1 15 5 n12 = = = 7 (lớp), nên lấy tròn n12 với số nguyên lớn hơn. W12 1 65 11. Điện áp làm việc giữa hai lớp kề nhau: U12 = 2.W12U v = 2.165.11 = 3630 (V); 12. Chiều dày cách điện giữa các lớp. Căn cứ vào U12, ta tra bảng 26 TLHD, ta chọn chiều dày cách điện giữa các lớp là 6 x 0,12mm 13. Tra bảng 18&19 tìm được các kích thước sau: Chiều rộng rãnh dẫn dầu a12 giữa dây quấn hạ áp và cao áp; chiều dày ống cách điện giữa hai dây quấn 12 ; khoảng cách cách điện giữa dây quấn cao áp a22; chiều dày ống giấy cách điện giữa hai pha ; khoảng cách từ dây quấn đến gông l02. 14. Phân phối số vòng dây trong các lớp, chia tổ lớp: Do số lớp của dây quấn được lấy tròn thành số nguyên nên số vòng dây trong mỗi lớp có thể không đúng bằng W12 đã tính ở trên, do đó cần phải phân phối sao cho số vòng dây giữa các lớp gần xấp xỉ với số đó ( nên phân phối hầu hết các lớp đều có số vòng dây là W12 còn bao nhiêu phân phối cho một hai vài lớp ngoài cùng). Để tăng điều kiện làm nguội thường theo chiều dày của dây quấn thành hai tổ lớp. Giữa hai tổ có rãnh dầu dọc trục a’22 . Tổ lớp trong làm nguội khó khăn hơn nên bố trí ít lớp hơn tổ lớp ngoài. Thường tổ lớp trong không quá 1/3 đến 2/5 tổng số lớp của dây quấn. Nếu kiểu dây quấn này dùng làm cuộn HA hay TA thì hai tổ lớp nên bố trí có số lớp bằng nhau. Kích thước rãnh dầu dọc trục xem ở bảng 54a 15. Chiều dài dây quấn CA: 3 a1 [d'1 (n m) δ12[(n 1) (m 1)] a'22 ].10 (m) (CT 3-37a) Trong đó n, m, là số lớp của mỗi tổ hợp, n + m = n12 Sinh Viên : Nguyễn Văn Nam - Lớp 31D2DE Trang 19
  20. Đồ án môn học thiết kế máy biến áp dầu 3 pha GVHD-ThS. Bùi Tấn Lợi Trong các dây quấn điện áp 35 kV, thường ở đầu dây quấn - tức ở lớp trong cùng của cuộn cao áp người ta có bố trí màn chắn tĩnh điện bằng kim loại dày 0,5 mm nối điện với dây cao áp. màn chắn có cách điện hai phía bằng cách điện lớp nên lúc đó chiều dày dây quấn cao áp sẽ là: 3 a1 [a'1 ( c 21 )].10 (m) (CT 3-37b) Trong đó a’1 = n12= 6;  c 0,5mm ; 1 tra ở bảng 26, thông thường  c 21 2,5mm., 3 nên a1 6 2,5.10 0,0085 ( m). Công thức trên chỉ dùng để tính kích thước hình học cuộn dây, còn lúc tính d.đ.đ tản cần tính a2 thì vẫn dùng công thức trên và lúc đó coi rãnh dầu được tăng lên thành 3 a'12 (a12 c 21).10 , (CT 3-38); a12 = 20mm tra ở bảng 19. 16. Đường kính trong của dây quấn: 3 D’1 = D’’2 + 2 a12 .10 (CT 3-39) = 0,2725 + 2.20.10 3 = 0,3125 (m) 17. Đường kính ngoài của dây quấn cao áp: D’’1 = D’1 + 2 a1 (CT 3-40) = 0,3125 + 2.0,04276 = 0,398 (m) 18. Khoảng cách giữa hai trụ cạnh nhau: 3 C = D’’1 + a22.10 (CT 3-41) = 0,398 + 20.10 3 = 0,42 (m) 19. Bề mặt làm lạnh của dây quấn: Quấn dây quấn CA thành hai tổ lớp , giữa chúng có rãnh dầu làm lạnh và ở lớp trong quấn lên hình trụ cách điện có que nêm thì có bốn mặt làm lạnh. M1 2.t.k. .(D'1 D''1 )l1 (CT 3-42d) = 2.3.0,8.3,14.(0,3215 + 0,398).0,58 = 6,21 (m2) Với t = 3; k = 1; l1 = 0,58 m . k = 0,8 là hệ số tính đến bề mặt làm lạnh bị các chi tiết cách điện che khuất . 20. trọng lượng của dây : Sinh Viên : Nguyễn Văn Nam - Lớp 31D2DE Trang 20
  21. Đồ án môn học thiết kế máy biến áp dầu 3 pha GVHD-ThS. Bùi Tấn Lợi ' '' D1 D1 3 Gcu1 = 28.t. W1.T1.10 (kg) 2 0,3125 0,398 = 28.3. .1155.7,07.10 6.103 = 243,7 (kg). 2 21. Trọng lượng của dây quấn sơ cấp kể cả phần cách điện Gdq1 = 1,02.G Cu1 = 1,02.243,7 = 248,57(kg). 22. Trọng lượng của dây quấn sơ cấp và thứ cấp: Gcu = Gcu1 + Gcu2 = 248,57 + 161,16 = 404,86 (kg). Gdq =1,02.G Cu = 1,02.404,86 = 412,95 (kg). Chương IV: TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH MÁY BIẾN ÁP Tính toán ngắn mạch trong máy biến áp liên quan đến việc tính toán tổn hao ngắn mạch Pn, điện áp ngắn mạch Un, các lực cơ học trong dây quấn và sự phát nóng của dây khi ngắn mạch. Tổn hao ngắn mạch có thể chia ra các thành phần như sau: 1/- Tổn hao chính tức là tổn hao đồng trong dây quấn sơ cấp và thứ cấp do dòng điện gây ra Pcu1, Pcu2 . 2/- Tổn hao phụ trong hai cuộn dây do từ trường tản xuyên qua dây quấn làm cho dòng điện phân bố không đều trong tiết diện dây gây ra Pf1, Pf2 . 3/- Tổn hao chính trong hai dây dẫn ra Pr1, Pr2 4/- Tổn hao phụ trong dây dẫn ra Prf1, Prf2 thường tổn hao này rất nhỏ, ta bỏ qua. 5/- Tổn hao trong vách thùng dầu và các kết cấu kim loại khác Pt do từ thông tản gây nên. Thường tổn hao phụ được gộp vào trong tổn hao chính bằng cách thêm vào hệ số tổn hao phụ kf. Vậy tổn hao ngăn mạch sẽ được tính theo biểu thức: Sinh Viên : Nguyễn Văn Nam - Lớp 31D2DE Trang 21
  22. Đồ án môn học thiết kế máy biến áp dầu 3 pha GVHD-ThS. Bùi Tấn Lợi Pn = Pcu1.kf1 + Pcu2.kf2 + Pr1 + Pr2 + Pt I. Các loại tổn hao 1. Tổn hao chính: - Tổn hao chính trong dây quấn thứ cấp (hạ áp). -12 2 Pcu2 = 2,4.10 . 2 .Gcu2 = 2,4.10-12.2,452 .1012.161,16 = 2323,55(W) - Tổn hao trong dây quấn sơ cấp ( cao áp ) -12 2 Pcu1 = 2,4.10 . 1 .Gcu1 -12 2 12 = 2,4.10 .2,34 .10 .237,7 = 3198,26 (W) -Tổn hao tổng của dây quấn thứ cấp và sơ cấp là : P Cu = P Cu1 + P Cu 2 = 3198,26 2323,55 5521,81 (W) 2. Tổn hao phụ - Trong dây quấn thứ cấp (hạ áp) 8 2 4 2 kf2 = 1 + 0,095.10 . 2 .a .n Với n = 4 là số thanh dẫn quấn thẳng góc với từ thông tản chính là số lớp dây quấn b.m 2 = .kr l2 Với kr là hệ số Ragovski , l là chiều cao của toàn bộ dây quấn, m là số thanh dẫn của dây quấn song song với từ thông tản, m = 2.W2 = 2.21= 42 là số thanh dẫn của dây quấn song song với từ thông tản chính là số thanh dẫn trên một lớp 3 8.42.10 n thanh dẫn = .0,95 = 0,55 0,58 8 2 4 -12 2 kf2 = 1 + 0,095.10 .0,55 .4,8 .10 .6 = 1,053 m thanh - Trong dây quấn sơ cấp (cao áp ): dẫn 8 2 4 2 kf1 = 1 + 0,044.10 .1 .a (n - 0,2) , d.m 3.10 3.165 Với 1 = .kr = .0,95 = 0,811 l1 0,58 Xác định tổn hao trong 8 2 4 2 -12 các dây quấn kf1 = 1 + 0,044.10 .0,811 .3 .7 .10 = 1,011 3. Tổn hao chính trong dây dẫn ra: 3.1 Tổn hao trong dây dẫn ra đối với dây quấn thứ cấp: Sinh Viên : Nguyễn Văn Nam - Lớp 31D2DE Trang 22
  23. Đồ án môn học thiết kế máy biến áp dầu 3 pha GVHD-ThS. Bùi Tấn Lợi - Chiều dài dây dẫn ra của dây quấn thứ cấp (hạ áp) : Khi dây quấn nối Y , ta có: lr2 = 7,5.l2 = 7,5.0,58 = 4,53 (m) - Trọng lượng dây dẫn ra: Gr2 = lr2.Tr2.  (kg) Trong đó: Tr2 là tiết diện dây dẫn ra của cuộn thứ cấp (HA) có thể lấy bằng tiết diện 2 3 diện vòng dây thứ cấp: Tr2 = T2 = 371 mm ;  cu = 8900kg/m . 6 Gr2 = 4,35.371.10 .8900 = 14,36(kg) - Tổn hao trong dây dẫn ra của dây quấn thứ cấp (HA) -12 2 Pr2 = 2,4.10 . 2 .Gr2 (W) = 2,4.10-12.2,452.1012.14,36 = 207,09 (W) 3.2 Tổn hao trong dây dẫn ra đối với dây quấn sơ cấp (Cao áp). lr1 = lr2 = 4,35(m) - Trọng lượng đồng của dây dẫn ra cuộn sơ cấp Gr1 = lr1.Tr1. Cu (kg) 2 Với Tr1 = T1 = 7,07 mm nên -6 Gr1 = 4,35.7,07.10 .8900 = 0,27 (kg) - Tổn hao trong dây dẫn ra đối với dây quấn sơ cấp -12 2 Pr1 = 2,4.10 . 1 .Gr1 = 2,4.10-12.2,342.1012.0,27 = 3,59 (W) 4. Tổn hao trong vách thùng và các chi tiết kim loại khác Pt : Theo công thức (4-21) TLHD, ta tính một cách gần đúng như sau: Pt = 10.k.S, với k tra ở bảng 40a TLHD ta có k = 0,015 Pt = 10.0,015.630 = 94,5 (W). 5. Tổn hao ngắn mạch của máy biến áp là: Pn = Pcu1.kf1 + Pcu2.kf2 + Pr1 + Pr2 + Pt = 3198,26.1,011 + 2323,55.1,053 + 3,5 + 207,09 + 94,5 = 5986,23(W). Khi điện áp dây quấn cao áp định mức thì: Pnđm = Pn – 5%.PCu1.kf1 = 5986,23 – 5%.3188,26.1,011 = 5824,48 (W) II . Điện áp ngắn mạch Sinh Viên : Nguyễn Văn Nam - Lớp 31D2DE Trang 23
  24. Đồ án môn học thiết kế máy biến áp dầu 3 pha GVHD-ThS. Bùi Tấn Lợi 1. Thành phần tác dụng của điện áp ngắn mạch. Pn 5 8 2 4,48 Unr = = = 0,925 (%) 10.S 10.6 3 0 2. Thành phần điện áp ngắn mạch phản kháng: ' 7,9. f .S ..ar .kr -4 Unx = 2 .10 U v d 0,292 Trong đó f = 50 Hz; S’ = 210;  = 12 = 3,14. 1,58; l 0,58 a1 a 2 0,03832 0,02625 ar = a12 + = 0,002 0,042 ; kr = 0,95 ; Uv = 11 (V); 3 3 3 7,9.50.210.10 .1,58.0,042.0,95 4 Unx = .10 4,277% 112 Vậy điện áp ngắn mạch là: 2 2 2 2 Un = U nr U nx = 0,925 4,277 4,376% Sai lệch so với tiêu chuẩn: U U 4,376 4,5 ntt n .100 = .100 2,8% < 5 % thoả mãn điều kiện cho phép. U n 4,5 III. Tính các lực cơ học chủ yếu của dây quấn. 1. Trị hiệu dụng của dòng ngắn mạch xác lập: Đối với máy biến áp nhỏ hơn 1000KVA 1 0 0.I In = đm U n Trong đó Iđm là dòng điện định mức của dây quấn (A) Un là điện áp ngắn mạch (%) - Đối với dây quấn sơ cấp (cao áp) 100.16,53 In1 = = 377,82(A) 4,376 - Đối với dây quấn thứ cấp ( hạ áp ) 100.909,3 In2 = = 20779,25(A) 4,376 Trị số dòng cực đại: Sinh Viên : Nguyễn Văn Nam - Lớp 31D2DE Trang 24
  25. Đồ án môn học thiết kế máy biến áp dầu 3 pha GVHD-ThS. Bùi Tấn Lợi 3,14.0,925 .U nr 4,277 i1max = 2 .In1.(1 + e ) = .377,28.(1 + e ) = 805,27(A) U nx 3,14.0,925 4,277 i2max = .In2.(1 + e ) = .20779,25.(1 + e ) = 44287,3(A) 2. Lực cơ học tác dụng lên dây quấn: Lực này do tác dụng của dòng điện trong dây quấn với từ thông tản. Khi ngắn mạch, lực cơ học tác dụng lên dây quấn không đều nhau. Mặt khác giữa các vòng dây còn có cách điện, có đệm lót Và do đó tính đàn hồi của các chi tiết đó có ảnh hưởng đến lực tác dụng lên dây quấn nên thực tế lực tác dụng đó lại nhỏ hơn lực cơ học đã tính toán. 2.1 Lực hướng kính ( lực ngang trục ) Fr do từ thông tản dọc B tác dụng với dòng điện gây nên. 2 -6 Theo công thức (4-34) TLHD ta có: Fr = 0,628.(imax.W) . .kr.10 (N) Trong đó W là số vòng dây toàn phần của một dây quấn với cuộn cao áp thì số vòng dây W ứng với điện áp dịnh mức. - Lực hướng kính với cuộn dây thứ cấp (HA): 2 -6 Fr2 = 0,628(i1max.W2) . .kr.10 (N) Với: i2max = 44287,3(A) W2 = 21 , kr = 0,95 , = 1,675 2 -6 3 Fr2 0,628.(44287,3.21) .1,675.0,95.10 = 864,36.10 (N) - Lực hướng kính với cuộn dây sơ cấp ( CA) : 2 -6 Fr1 = 0,628(i1max.W1) . .kr.10 (N) Với: i1max = 805,27(A) W1 = 1155 , kr = 0,95 , = 1,675 2 -6 3 Fr1 = 0,628(805,27.1155) .1,675.0,95.10 = 864,64.10 (N) Sinh Viên : Nguyễn Văn Nam - Lớp 31D2DE Trang 25
  26. Đồ án môn học thiết kế máy biến áp dầu 3 pha GVHD-ThS. Bùi Tấn Lợi Tác dụng của lực hướng kính lên dây quấn đồng tâm B Fr Fr a1 a12 a2 B Từ trường tản dọc và ngang trong dây quấn dồng tâm Dây quấn 1 Dây quân 2 " ' F = 0 F = 0 = 0 F = 0 Ft t g 1 2 + Fn = Fn = Lực hướng trục tác dụng dây Sinh Viên : Nguyễn Văn Nam - Lớp 31D2DE Trang 26
  27. Đồ án môn học thiết kế máy biến áp dầu 3 pha GVHD-ThS. Bùi Tấn Lợi 2.2 Lực dọc trục Lực dọc trục do từ thông tản ngang trục tác dụng với dòng điện trong dây quấn sinh ra. Từ thông tản ngang trục B’ phụ thuộc vào chiều cao l và chiều rộng của ar dây quấn. Theo công thức (4-36) TLHD ta có: F’t = Fr (N) 2.l - Đối với dây quấn thứ cấp ( HA): ar 3 0,042 F’2t = Fr2. = 864,63.10 31296 (N) 2.l 2.0,58 - Đối với dây quấn sơ cấp (CA) : 3 0,042 F’1t = Fr1. = 864,64.10 31292 (N) 2.0,58 - Lực F’t có tác dụng ép cả hai phía dây quấn theo chiều dọc và như vậy F’t sẽ cực đại giữa hai đầu ép lại và có khuynh hướng làm sập những vòng dây ngoài cùng nếu ta không quấn chặt. - Các lực ép chiều trục của hai dây quấn: Do cuộn dây phân bố đều theo chiều cao nên lực hướng trục F’’t = 0. Dựa vào sự phân bố lực ép vào dây quấn, ta thấy lực ép cực đại ở giữa chiều cao dây quấn Fe = F’t; lực đẩy gông lên FG = 0. 3. Tính ứng suất dây quấn: 3.1 Ứng suất phá đứt đối với dây quân: F .10 6  = nr (MN/m2) , nr T.W Fr Trong đó: Fnr = (N) , T là tiết diện vòng dây, W là số vòng dây của dây quấn. 2. 6 Fnr1.10 2 - Với dây quấn sơ cấp (CA):  nr1 = (MN/m ) T1.W1 3 Fr1 864,64.10 3 2 Với: Fnr1 = = 137,68.10 (N), T = 7,07 mm , W1 =1155 (vòng), 2. 2.3,14 137,68.103.10 6  = 16,853 (MN/m2) < 30 (MN/m2) đạt tiêu chuẩn đối với dây nr1 7,07.10 6.1155 đồng 6 Fnr2 .10 2 - Với dây quấn thứ cấp (HA):  nr2 = (MN/m ) T2 .W2 Sinh Viên : Nguyễn Văn Nam - Lớp 31D2DE Trang 27
  28. Đồ án môn học thiết kế máy biến áp dầu 3 pha GVHD-ThS. Bùi Tấn Lợi 3 Fr 2 864,36.10 3 2 Với: Fnr2 = = 137,63.10 (N), T2 = 371 mm , W2 = 21 Vòng 2. 2.3,14 137,63.103.10 6  = 17,655 (MN/m2) < 30 (MN/m2) đạt tiêu chuẩn đối với dây nr2 371.10 6.21 đồng 3.2 Ứng suất do lực chiều trục gây nên: Lực chiều trục chủ yếu là lực nén Fn . Lực này chủ yếu làm hỏng những miếng đệm cách điện ở giữa các vòng dây. - Với dây quấn có nêm chèn: F 10 6  = n (MN/m2) n n.a.b Trong đó: Fn = F’1t = 31296 (N) - hợp lực lớn nhất-; F’’1t= 0 n là số miếng đệm theo chu vì vòng tròn dây quấn. Theo bảng 30 TLHD ta chọn miếng đệm n = 8 a Kích thước các miếng đệm như sau: a = 30 mm b = 40 mm 31296.10 6 b = 3,26 (MN/m2) 8.0,03.0,04 2 2 = 3,26 (MN/m ) < (18 20) MN/m Vậy đạt tiêu chuẩn quy định. Chương V: TÍNH TOÁN CUỐI CÙNG HỆ THỐNG MẠCH TỪ VÀ TÍNH TOÁN THAM SỐ KHÔNG TẢI CỦA MÁY BIẾN ÁP I. TÍNH TOÁN MẠCH TỪ. 1. Xác định h thước cụ thể của máy biến áp: Sinh Viên : Nguyễn Văn Nam - Lớp 31D2DE Trang 28
  29. Đồ án môn học thiết kế máy biến áp dầu 3 pha GVHD-ThS. Bùi Tấn Lợi Mạch từ của máy biến áp ta đang thiết kế gồm những lá thép cán lạnh đẳng hướng 3404, bề dày lá thép là 0,35 mm. Kết cấu lõi thép kiểu ba pha ba tru, các lá thép ghép xen kẻ, có 4 mối ghép xiên ở 4 góc. Ép trụ bằng nêm và dây quấn. Ép gông bằng xà ép gông, bu lông đặt phía ngoài. 1.1 Trụ: Với trụ có đường kính d = 0,21m, công suất định mức Sdm = 630 kVA. Tra bảng 4 TLHD ta chọn số bậc thang trong trụ là 7 . Tra bảng 41b ta được chiều rộng a và chiều dày b của tập lá thép như bảng sau: Bậc Chiều rộng Chiều dày (a) mm (b) mm 1 200 32 2 180 22 3 160 14 4 145 8 5 130 6 6 110 8 7 90 6 1.2 Gông: Với máy biến áp công suất nhỏ hơn 1000 kVA. Dùng cách ép gông bằng xà ép và bu lông không xuyên qua gông. Tra bảng 41b , Ta chọn số bậc của gông là 5 và chiều rộng của các tập thép ngoài cùng là 100 mm Bậc Chiều rộng Chiều dày (a)mm (b) mm 1 200 32 2 180 22 3 160 14 4 145 8 5 130 6 Sinh Viên : Nguyễn Văn Nam - Lớp 31D2DE Trang 29
  30. Đồ án môn học thiết kế máy biến áp dầu 3 pha GVHD-ThS. Bùi Tấn Lợi 6 90 8 110 6 130 6 130 8 145 8 145 14 160 14 160 22 180 22 180 32 200 32 200 Một phần tư tiết diện trụ Một phần tư tiết diện gông 1.3 Tiết diện tổng các bậc thang trong trụ: (CT 5-1) 6 2 Tbt =  at .bt .10 (m ) Trong đó : at, bt là kích thước của các bậc thang trong trụ (m) -6 Tbt = 2.[ 200.32 + 180.22 + 160.14 + 145.8 + 130.6 + 110.8 + 90.6].10 = 0,032 (m2) 1.4 Tiết diện tác dụng của trụ sắt: (CT 5-2) 2 Tt = kđ .Tbt (m ), kđ là hệ số chêm kín, kđ = 0,97; 2 Tt = 0,97.0,032 = 0,03104(m ) 1.5 Tổng chiều dày các lá thép của tiết diện trụ: bt = 32 + 22 + 14 + 8 + 6 + 8 + 6 = 96 (mm ) = 0,096m 1.6 Tiết diện tổng các bậc thang của gông: (CT 5-3) -6 2 Tbg = [ 200.32 + 180.22 + 160.14 + 145.8 + 130.6 ].10 = 0,01454 (m ) 1.7 Tiết diện toàn bộ bậc thang của gông: 2 Tbg = 0,01454 .2 = 0,02908 m 1.8 Tiết diện tác dụng của gông 2 Tg = kđ . Tbg = 0,97.0,02908 = 0,0282 ( m ) 1.9 Chiều dày của gông Chiều dày của gông bằng tổng chiều dày các tập lá thép của trụ: Sinh Viên : Nguyễn Văn Nam - Lớp 31D2DE Trang 30
  31. Đồ án môn học thiết kế máy biến áp dầu 3 pha GVHD-ThS. Bùi Tấn Lợi 3 -3 bg =  b t .10 (m) = bT = (32 + 22 + 14 + 8 + 6).10 = 0,082(m). 1.10 Số lá thép trong từng bậc của trụ và gông: bt .kd n  = 3 δt .1 0 Trong đó  t là chiều dày của mỗi lá thép: = 0,35 mm, kđ là hệ số điền kín kđ = 0,97. Vậy lá thép của từng bậc trong trụ và gông tính được ở bảng sau: * Đối với trụ: Bậc Bề dày Số lá thép n  (bt )mm 1 32 89 2 22 61 3 14 39 4 8 22 5 6 17 6 8 22 7 6 17 * Đối với gông: Bậc Bề dày Số lá thép (bt )mm 1 32 89 2 22 61 3 14 39 4 8 22 5 6 17 1.11 Chiều cao của trụ sắt: l1 = l + 2lo2 = 0,58 +2.0,05 = 0,68 ( m). 1.12 Khoảng cách giữa hai trụ kề nhau: -3 C = D1’’ + a22.10 (m) Sinh Viên : Nguyễn Văn Nam - Lớp 31D2DE Trang 31
  32. Đồ án môn học thiết kế máy biến áp dầu 3 pha GVHD-ThS. Bùi Tấn Lợi D1’’ là đường kính ngoài của dây quấn sơ cấp (CA) D1’’ = 0,398 m a22 là khoảng cách các dây quấn sơ cấp cạnh nhau a22 = 0,02m C = 0,398 + 0,02 = 0,418 m ( C làm tròn đến 0,5 m ) 1.13 Trọng lượng sắt trong gông: Gg = Gg’’+ G’g Trong đó: Go Gg’’ là khối lượng ở các góc; Gg’’ = 4. 2G 2 o Go là trong lượng sắt một góc mạch từ. Theo công thức (5-9) TLHD ta có -6 Go = 2.kđ.  .10 (a1t.a1g.b1t + a2t.a2g.b2t + + antang.bnt) kđ là hế số điền kín: kđ = 0,97. γ là tỷ trọng thép ( kg ), đối với thép cán lạnh = 7650 kg . m3 m3 -9 Go = 2.0,97.7650.10 (200.200.32 + 180.180.22 + 160.160.14 + 145.145.8 + + 130.130.6 + 110.110.8 + 90.90.6) -9 = 14841.10 .2678200 = 39,75 (kg) ’’ Gg = 2.Go = 2.39,75 = 79,5 (kg). Khối lượng chính của gông: G’g G’g = 2.(t-1)C.Tg. (kg) t là số trụ mang dây quấn, t = 3 C là khoảng cách giữa hai trụ kề nhau, C = 0,418m là tỷ trọng của thép, = 7650 . 2 Tg là tiết diện hửu ích của gông Tg = 0,0282 m Gg’ = 2.(3-1).0,418.0,0282.7650 = 362,43 (kg) Từ đó ta có: Gg = Gg’ + Gg’’ = 362,43 + 79,5 = 442,93 (kg) 1.14 Trọng lượng thép trong trụ: Với tiết diện gông là hình bậc thang nhiều bậc được tính như là hai thành phần: Gt = Gt’ + Gt’’ (kg) Trong đó: Gt’ là trọng lượng sắt của phần trụ ứng với chiều cao cửa sổ mạch từ. Sinh Viên : Nguyễn Văn Nam - Lớp 31D2DE Trang 32
  33. Đồ án môn học thiết kế máy biến áp dầu 3 pha GVHD-ThS. Bùi Tấn Lợi Gt’= t.Tt.lt. (kg) Với: t là số trụ, t= 3 2 Tt là tiết diện hữu ích của trụ : Tt = 0,03104m ; lt là chiều cao của trụ, lt = 0,68 m γ là tỷ trọng của thép, γ = 7650 kg . m3 Gt’ = 3.0,03104.0,68.7650 = 484,41(kg) Gt’’ là trọng lượng sắt của phần trụ nối gông -3 -3 Gt’’= t(Tt.a1g.  .10 - G0) kg = 3(0,03104.200.7650.10 – 39,75) = 23,22 (kg) Vậy khối lượng thép làm trụ: Gt = Gt’ + Gt’’ = 484,41 + 23,22 = 507,63(kg). Khối lượng thép của toàn bộ mạch từ: GFe = Gt + Gg = 507,63 + 441,93 = 950 (kg). Khối lượng máy : Gmáy = GCu + Gfe = 404,84 + 950 = 1354,84 (kg) II. TÍNH TOÁN TỔN HAO KHÔNG TẢI, DÒNG ĐIỆN KHÔNG TẢI, HIỆU SUẤT CỦA MÁY BIẾN ÁP 1. Tính tổn hao không tải Tổn hao không tải gồm hai phần tổn hao trong trụ và tổn hao trong gông. 1.1 Trị số tự cảm: 4 4 U v .10 10,998.10 Bt = = 4 = 1,569 (T) làm tròn 1,60 (T) 4,44. f .Tt 4,44.50.10 .0,03104 4 4 U v .10 10,998.10 Bg = = 4 = 1,757 ( T ) làm tròn 1,76 (T) 4,44. f .Tg 4,44.50.10 .0,0282 Theo bảng 45 TLHD . Với tôn cán lạnh 3404 dày 0,35 mm ta tra được các suất tổn hao : 2 Với Bt = 1,60 T tra được Pt = 1,295 (W/kg), Pkt = 645( W/m ) 2 Với Bg = 1,76 T tra được Pg = 1,824(W/kg), Pkg = 773 ( W/m ) Bt 1,569 2 Ở mối nối nghiêng: Bkn = = 1,129 (T) tra được Pkn = 320 W/m 2 2 Sinh Viên : Nguyễn Văn Nam - Lớp 31D2DE Trang 33
  34. Đồ án môn học thiết kế máy biến áp dầu 3 pha GVHD-ThS. Bùi Tấn Lợi Tiết diện khe hở không khí ở mối nối thẳng bằng tiết diện trụ hoặc gông. Tiết 2 diện khe hở không khí ỏ mối nối ngiêng bằng: Tn = 2 .Tt = 2.0,0104 0,0439 (m ) 1.2 Tổn hao không tải: Theo công thức (5-22) TLHD : PT Pg P0 = kpc.kpb[ PT.GT + Pg.(G’g- N.G0) + G .k + P .n .T ].kpg.kpe.kpt 2 0 p0  k k k Trong đó : N là số lượng góc nối của mạch từ: N = 4 kpo = kn.k’po+ k’’po là hệ số kể đến tổn hao phụ ở các góc nối của mạch từ. Với kn là hệ số biểu thị số lượng góc có dạng mái nối nghiêng, kn = 4. k’po, k’’po : Là hệ số gia tăng tổn hao góc nối ở các góc mạch của mạch từ. Tra bảng 46a TLHD ta có: k’po = 1,32 ở mối nối nghiêng k’’po = 1,96 ở mối nối thẳng Ta có thể tra ở bảng 47 TLHD được kpo = 10,18 nk là số khe nối giữa các lá thép trong mạch từ với những mối nối đã chọn Mối nối nghiêng: nkn = 4, mối nối thẳng nkt = 3 kpg là hệ số gia tăng tổn hao ở gông kpg = 1 vì bậc của gông nhỏ hơn trụ một bậc. kpt là hệ số tổn hao do thao lắp gông để lồng dây quấn vào trụ. Với S = 630 ta chọn kpt = 1,02 kpe là hệ số kể đến tổn hao do ép trụ để đai. Theo bảng 46b TLHD ta chon kpe = 1,03 với tôn có ủ. kpc là hệ số kể đến tổn hao do cắt dập lá tôn thành tấm kpc = 1 với lá tôn rộng 0,05 m kpb là hệ số kể đến tổn hao do gấp mép hoặc khử bavia, kpb = 1 Sau khi cắt dập thành tấp và khử bavia có ủ lại thép nên kpc.kpb = 1 Pt và pg là các suất tổn hao ỏ trụ và gông. Pk là tổn hao ở các mối nối. 2 2 Mối nối nghiêng: Tkn = 0,0439 (m ); Tkt = 0,03104 (m ). Sinh Viên : Nguyễn Văn Nam - Lớp 31D2DE Trang 34
  35. Đồ án môn học thiết kế máy biến áp dầu 3 pha GVHD-ThS. Bùi Tấn Lợi 1,295 1,824 P0 = 1.[1,295.507,62 + 1,824.(360,7 – 4.39,75) + .39,75.10,18 + 2 + 320.4.0,0439 + 645.1.0,03104 + 773.2.0,0292].1.1,03.1,02 = 1871 (W) 2. Công suất từ hoá (Công suất phản kháng ). Theo CT (5-30) TL[1] : ' qt qg Q0 = {kib.kic[qt.Gt + qg(G -N.G0) + .kir.kio.G0 ] + q n .T }.kig.kie.kit (VA) g 2  k k k Trong đó: N = 4 Go = 39,75 kg G’g = 360,7 kg Gt = 507,62 kg qt, qg là tổn hao công suất từ hoá đối với trụ và gông, tra bảng 50 TLHD ta được: 2 Với Bt =1,60 T tra được qt = 1,775 (VA/kg), qkt = 23500 VA/m 2 Bg = 1,76 T tra được qg = 7,180 (VA/kg) qkg = 40800 VA/m 2 Bkn = 1,11 T tra được qkn = 4000 (VA/m ) 2 2 Diện tích bề mặt khe hở không khí: Tkn = 0,0439 (m ); Tkt = 0,03104 (m ). kir là hệ số kể đến ảnh hưởng do chiều rộng lá tôn ở các góc mạch từ . Tra bảng 52b TLHD , kir = 1,35 kio là hệ số chung, kể đến ảnh hưởng của góc nối do sự phân phối khác nhau về số lượng mối nối nghiêng và thẳng . kig = kn.k’io + kt.k’’io; tra bảng 52 TLHD ta được: k’io = 4,3, ở mối nối nghiêng k’’io = 11; ở mối nối thẳng. Tra bảng 53 ta được kio = 42,45 kig = 1 là hệ số làm tăng công suất từ hoá. kie hệ số kể đến ảnh hưởng của việc ép mạch từ để đai kie = 1,04 kit hệ số kể đến sự tăng cường công suất từ hoá do tháo lắp gông trên đển cho dây quấn vào trụ kit = 1,02 Sinh Viên : Nguyễn Văn Nam - Lớp 31D2DE Trang 35
  36. Đồ án môn học thiết kế máy biến áp dầu 3 pha GVHD-ThS. Bùi Tấn Lợi kib là hệ số kể đến ảnh hưởng của việc cắt gọt bavia. sau khi cắt gọt , kib = 1,00 kic là hệ số kể đến ảnh hưởng của việc cắt dập lá thép, chọn kic = 1,18 với tôn 3404 có ủ . 1,775 7,180 Q0 = {1.1,18.[1,775.507,62 + 7,180.(360,7 – 4.39,75) + .1,35.42,45.39,75 ] 2 + 4000.4.0,0439 + 23500.1.0,03104 + 40800.2.0,0292}.1.1,04.1,02 = 19399,7 (VAr ) 3. Dòng điện không tải 3.1 Thành phần phản kháng của dòng điện không tải. Q0 1 9 3 9 9,7 iox = = = 3,08 % 10.S 10.630 3.2 Thành phần tác dụng của dòng điện không tải: P0 1 8 7 1 ior = = = 0,297 % 10.S 10.6 3 0 Dòng điện không tải toàn phần; 2 2 2 2 i0 = ior iox = 0,297 3,08 = 3,09 % 4. Hiệu suất của máy biến áp khi tải định mức: P P 1871 5986,23  = (1- 0 n ) .100 = 1 .100 = 98,77 % Pdm P0 Pn 630000 1871 5986,23 Sinh Viên : Nguyễn Văn Nam - Lớp 31D2DE Trang 36
  37. Đồ án môn học thiết kế máy biến áp dầu 3 pha GVHD-ThS. Bùi Tấn Lợi Chương VI: TÍNH TOÁN NHIỆT CỦA MÁY BIẾN ÁP I. TÍNH TOÁN NHIỆT CỦA DÂY QUẤN 1. Nhiệt độ chênh trong lòng dây quấn hay lõi sắt với mặt ngoài của nó: Theo công thức (6-1 ) ta có: q  0 cd Trong đó  là chiều dày cách điện một phía của dây  0,5 dẫn = .10 3 = 0,25.10-3 m 2 cd là suất dẫn nhiệt của lớp cách điện của dây dẫn, theo bang 54 TLHD ta có: cd = 0 0,17W/m. C ứng với sơn. - Đối với dây quấn hạ áp: q2 02 ; cd Vì dây quấn hạ áp quấn hình xoắn đơn dây dẫn chữ nhật Pcu2 q2 = .k f M 2 Pcu2 là tổn hao đồng trên dây quấn hạ áp, Pcu2 = 2323,55W 2 M2 là bề mặt làm lạnh của dây quấn hạ áp, M2 = 2,54 m kf là hệ số tổn hao phụ ứng với dây quấn hạ áp, kf = 1,0123 2323,55 2 q2 = .1,0123 926 (W/m ). 2,56 926.0,25.10 3  1,36 (0C) 02 0,17 - Đối với dây quấn cao áp: Vì dây quấn cao áp làm bằng dây dẫn tròn nên theo CT ( 6-3a ) : p.a 2  01 8.tb a là chiều dày dây quấn cao áp a = 0,0085m p là tổn hao trong một đơn vị thể tích dây quấn được tính theo công thức: 2d 2 p 1,68. 1 .10 8 (d' 1 )d' Sinh Viên : Nguyễn Văn Nam - Lớp 31D2DE Trang 37
  38. Đồ án môn học thiết kế máy biến áp dầu 3 pha GVHD-ThS. Bùi Tấn Lợi 1(d' 1) tb là suất dẫn nhiệt trung bình : tb (CT 6-5) 1 1d'   cd là suất dẫn nhiệt bình quân quy ước của dây quấn (CT 6-6) 0,7 1 là suất dẫn nhiệt của cách điện giữa các lớp , theo bảng 54 ta có = 0,17 1 là bề dày tấm chắn cách điện giữa các lơp:1 làm bằng giấy dày : 6x0,12mm, vì dây quấn sơ cấp có 7 lớp nên ta dùng 6 tấm cách điện, =6.0,12 = 0,72mm d' d 0,5 0,17 0,1667 ;  0,099 ( W/m.0C ) d 3 0,7 0,1667 0,099.0,17.(3,5 0,72)  0,1066 ( W/m.0C ) tb 0,099.0,72 0,17.3,5 2 2 2 12 6 1d 8 2,34 .10 .3.10 8 3 3 P 1,68. ' ' .10 1,68. 6 .10 18,68.10 ( W/m ) (d 1 ).d (3,5 0,72).3,5.10 2 3 2 p.a 18,68.10 .0,0085 0 01 1,58 ( C ) 8.tb 8.0,1066 2. Nhiệt độ chênh giữa mặt ngoài dây quấn đối với dầu  0d - Dây quấn hạ áp: 0,6 0 Theo CT ( 6-10b) ta có: 0d 2 k1k2k3.0,35.q2 ( C ). k1 = 1,0 là hệ số kể đến tốc độ chuyển động của dầu trong dây . k2 = 1,1 đối với dây quấn trong (HA). k3 là hệ số kể đến sự đối lưu kho khăn của dầu do bề rộng ( hay cao) tương đối của rãnh dầu ngang gây nên. Với hr2 = 5 mm, a2 = 26mm là chiều dày dây quấn tra hr 2 5 bảng 55 với 0,192 ta được: k3 = 0,85 a2 26 2 q2 = 926 (W/m ). 0,6 0,6 0 0d 2 k1k2k3.0,35.q2 1.1,1.0,85.0,35.926 20,17 ( C ) - Với dây quấn sơ cấp (CA): Theo công thức (6-2) TLHD: Sinh Viên : Nguyễn Văn Nam - Lớp 31D2DE Trang 38
  39. Đồ án môn học thiết kế máy biến áp dầu 3 pha GVHD-ThS. Bùi Tấn Lợi PCu1.k f 1 3198,26.0,011 2 q1 = 5,665 (W/m ). M1 6,21 Với PCu1 là tổn hao đồng trong dây quấn sơ cấp . PCu1 = 3198,26 W M 1 là diện tích bề mặt làm lạnh của dây quấn sơ cấp.Đối với dây quấn không 2 phân tổ hợp và quấn lên qua nêm thì có hai mặt làm lạnh: M1 = 6,21m đã tính ở phần dây quấn 0,6 0,6 0 0d1 k1k2k3.0,35.q1 1.1.0,8.0,35.5,665 0,926 ( C ) 3. Nhiệt độ chênh trung bình giữa dầu với vách thùng: θ d .t 0 Sơ bộ ta chon nhiệt độ chênh này θ d.t = 5 ( C) 4. Nhiệt độ chênh trung bình của dây quấn đối với dầu: 0 - Đối với dây quấn HA: 0d 2tb 02 0d 2 1,36 20,17 21,53 ( C ) 0 - Đối với dây quấn CA: 0d1tb 01 0d1 1,58 0,926 2,506 ( C) II- TÍNH TOÁN NHIỆT CỦA THÙNG DẦU. 1. Với công suất của m.b.a S = 630KVA, theo bảng 57 TlHD ta chọn kết cấu thùng vách thùng phẳng có bộ tản nhiệt kiểu ống. 2. Các kích thước tối thiểu bên trong của thùng. a) Các khoảng cách cách điện từ dây dẫn ra đến vách thùng, đến xà ép gông trên được xác định như sau: a) Chiều rộng tối thiểu của thùng: " 3 B D1 (s1 s2 d1 s3 s4 d2 ).10 (m) b) Chiều dài tối thiểu của thùng " 3 A 2C D1 2.s5.10 (m) Với Uth1 = 55 kV; tra bảng 31 TLHD ta được khoảng cách từ dây dẫn ra CA đến dây quấn CA s1 = 40 mm ( Tra bảng 31 ). s2 = 40mm là khoảng cách từ dây dẫn ra của dây quấn CA đến vách thùng. d1 là đường kính dây dẫn ra có bọc cách điện của dây quấn CA, d1 = 25 mm. s4 là khoảng cách từ dây dẫn ra không có vỏ bọc cách điện của dây quấn hạ áp đến vách thùng theo bảng 31 ta được s4 = 25mm s3 = 50 mm là khoảng cách từ dây dẫn ra của dây quấn hạ áp có Uth = 5 kV đến dây quấn cao áp có Uth = 55 kV (theo bang 32) Sinh Viên : Nguyễn Văn Nam - Lớp 31D2DE Trang 39
  40. Đồ án môn học thiết kế máy biến áp dầu 3 pha GVHD-ThS. Bùi Tấn Lợi s2 H2 d hg 1 s1 D’’ D’’ B 1 lt H 1 s3 H1 s4 hg n s5 d 2 Dùng để xác định các kích thước của thùng d2 = 10 mm là kích thước dây dẫn ra không bọc cách điện (thanh dẫn trần của dây quấn hạ áp). b) Chiều rộng tối thiểu của thùng. " -3 B = D 2 + ( s1 + s2 + d1 + s3 + s4 + d2).10 = 0,398 (40 40 25 50 25 10).10 3 0,588 (m) Để tâm trụ nằm ở giữa ta lấy B = 0,6 m c) Chiều dài thùng dầu: A = 2C + B = 2. 0,418 + 0,6 = 1,436(m) d) Chiều cao thùng dầu. H = H1 + H2 H1 là chiều cao từ đáy thùng đến lõi sắt. -3 H1 = lt + 2hg+ n.10 ; Với n = 40 mm là chiều dày tấm lót dưới gông dưới; hg = d = 0,21 -3 H1 = 0,68 + 2.0,21 + 40.10 = 0,6968 (m) H2 là khoảng cách tối thiểu từ gông trên đến nắp thùng , tra bảng 58 TLHD ta được H2 = 300(mm) = 0,3 m (theo điện áp sơ cấp U1 = 22KV) H = 0,6968 + 0,3 = 0,9968 (m). 3. Tính diện tích bề mặt bức xạ và đối lưu của thùng dầu. - Ta thiết kế thùng dầu đáy ô van, dùng bộ tản nhiệt kiểu thẳng Sinh Viên : Nguyễn Văn Nam - Lớp 31D2DE Trang 40
  41. Đồ án môn học thiết kế máy biến áp dầu 3 pha GVHD-ThS. Bùi Tấn Lợi - Theo CT (6-20) TLHD ta có bề mặt bức xạ của thùng dầu hình ô van: Mbx = Môv.k = [2(A - B) + B].H.k Trong đó 2 Môv = [2(A - B) + B].H = [2(1,436 - 0,6) + 3,14.0,6 ].0,9968 = 3,598 (m ) là diện tích mặt thùng phẳng đáy ôvan. (bề mặt đối lưu của thùng máy phẳng.). k là hệ số kể đến ảnh hưởng của hình dáng mặt thùng có bộ tản nhiệt, sơ bộ ta chon ở bảng 59 TLHD k = 1,5 2 Mbx = 3,598.1,5 = 5,397(m ) - Bề mặt đối lưu cần thiết với vói θ tk (CT 6-22 –TLHD) 1,05. P M’đl = 1,25 1,12M bx 2,5.θ tk 2  P = Po + Pn = 1871 + 5986,23 = 7857,23(W); Mbx = 5,397(m ) là nhiệt độ chênh giữa thùng dầu và không khí. 0 θd .k = 60 -θ o.dtb ( C) –CT (6-23) TLHD. là gia trị lớn nhất của nhiệt độ trung bình của dầu với không khí là nhiệt độ chênh trung bình của dây quấn đối với dầu , lấy giá trị lớn nhất trong cuộn CA & HA ta được = 21,530C; 0 0 0 θ d k = 60 – 21,53 = 38,47 ( C) Từ đó ta có nhiệt độ chênh của thùng đối vớ không khí θ t k θ d k - θ d .t Theo điều kiện (6-25)TLHD ta có: σ(θ θ ) 50 0 C 1,2.38,47 46,164 0 C 50 0 C Thoã mãn điều kiện. d.ttk θd.k 0 Trong đó θ d.t là nhiệt độ chênh giữa dầu với thùng : θ d.t =5 ( C)  là hệ số xác định bởi tỉ số giữa nhiệt độ chênh của dầu đối với không khí lúc lớn nhất với trị số trung bình, sơ bộ chọn = 1,2 Từ đó ta có nhiệt độ chênh trung bình của thùng dầu với không khí = - = 38,47 - 5 = 33,47 (0C) - Bề mặt đối lưu cần thiết của thùng với = 33,470C Sinh Viên : Nguyễn Văn Nam - Lớp 31D2DE Trang 41
  42. Đồ án môn học thiết kế máy biến áp dầu 3 pha GVHD-ThS. Bùi Tấn Lợi 1,05. P 1,05.7857,23 2 M’đl = 1,25 = 1,25 1,12.5,397 34,15 (m ) 2,5.tk 2,5.34 - Bề mặt đối lưu của nắp thùng: (B 0,12)2 Mn.đl = 0,5 [(A – B)(B+0,12) + . ] 4 (0,6 0,12)2 =0,5[(1,436 - 0,6).(0,6 + 0,12) + 3,14 ] = 0,583 (m2) 4 Trong đó 0,12 là bề rộng cả hai bên của vành nắp. 0,5 là hệ số kể đến sự che khuất bề mặt thùng. - Bề mặt đối lưu của bộ tản nhiệt. ' 2 Μ b.dl M đl M bx M ndl = 34,15 – 5,397 – 0,583 = 28,17 (m ) - Bề mặt đối lưu của bộ tản nhiệt quy về mặt thùng phẳng 2 Mb.đl = Mô.đl kh.đl + Mg.đl = 4,333.1,26 + 0,15 = 5,609 (m ) Trong đó: 2 Mô.đl = 4,333 (m ) là bề mạt đối lưu của ống,với A = 1,436 tra bảng 63 TLHD. kh.đl = 1,26 là hệ số hình dáng của bộ tản nhiệt, tra bảng 56 TLHD, Mg. = 0,15 là bề mặt đối lưu của hai ống góp khi là một dãy ống., theo bảng 63 TLHD. - Số bộ tản nhiệt cần thiết: M b.dl 28,17 nb = 5,022 lấy tròn thành 6 bộ M b.dl 5,609 - Bề mặt đối lưu thực của thùng: 2 Mđl = Μ b.dl + Môv + Mn.đl = 6.5,609 + 3,598 + 0,583 = 37,835 (m ) III. TÍNH TOÁN CUỐI CÙNG NHIỆT ĐỘ CHÊNH CỦA DÂY QUẤN VÀ DẦU MÁY BIÊN ÁP. 1. Nhiệt độ chênh của thùng với không khí: (CT 6-47) 0,8 0.8 k(P0 Pn ) 1,05(1871 5986,23) 0 t.k 30,59 C 2,8M bx 2,5M dl 2,8.5,397 2,5.34,15 Sinh Viên : Nguyễn Văn Nam - Lớp 31D2DE Trang 42
  43. Đồ án môn học thiết kế máy biến áp dầu 3 pha GVHD-ThS. Bùi Tấn Lợi k = 1,05 Với m.b.a đơn chiếc. 2. Nhiệt độ chênh của dầu sát vách thùng so với thùng: (CT 6-48) 0,6 0,6 k1 (P0 Pn ) 1,00.(1872 5986,23) θd.t 0,165. 0,165. M M 6.M M  d.l ov b.dl n.dl 0,6 7857,23 0 0,165. 7,3( C) 3,598 6.5,609 0,583 Md .l là tổng bề mặt đối lưu của vách thùng phẳng, ống, nắp. k1 =1 khi làm nguội bằng dầu tụ nhiên. 3. Nhiệt độ chênh của dầu so với không khí: (CT 6-49) ' 0  d.k t.k d.t 30,59 7,3 37,89( C) 4. Nhiệt độ chênh của lớp dầu trên so với không khí: (CT 6-50) 0 0 d.k (t.k d.t ). (30,59 7,3).1,2 45,468( C) < 50 ( C) đạt tiêu chẩn. 5. Nhiệt độ chênh của dây quấn đối với không khí: (CT 6-51) - Đối với dây quấn HA: ' 0 0 o.k o.dtb  d.k 21,07 37,89 58,96( C) 60 C thoã mãn điều kiện cho phép. - Đối với dây quán CA: ' 0 0 o.k o.dtb  d.k 2,455 37,89 40,345( C) 60 C thoã mãn điều kiện cho phép. CHƯƠNG VII: XÁC ĐỊNH SƠ BỘ TRỌNG LƯỢNG RUỘT MÁY,VỎ MÁY, DẦU VÀ BÌNH GIÃN DẦU. 1/- Trọng lượng ruột máy phần tác dụng: Gr = 1,2.(Gdq + Gl) (CT 6-52) Gdq là toàn bộ trọng lượng dây quấn và dây dẫn ra Gdq = GCu1 + GCu2 + Gr1 + Gr2 = 243,7 + 116,16 + 0,27 + 14,36 = 374,49kg Gl là trọng lượng của lõi sắt. Sinh Viên : Nguyễn Văn Nam - Lớp 31D2DE Trang 43
  44. Đồ án môn học thiết kế máy biến áp dầu 3 pha GVHD-ThS. Bùi Tấn Lợi G1 = Gt + Gg = 507,63 + 441,93 = 949,56 kg Ta có 1,2 là hệ số trọng lượng máy tăng thêm do cách điện và các kết cấu khác. Gr = 1,2(374,49 + 949,56) = 1588,86 (kg). 2/- Trọng lượng của thùng: Gth = V. Fe +Gb.tn V là thể tích vỏ máy; = 7850 (kg/m3) Gb.tn là trọng lượng bộ tản nhiệt , tra bảng 63 ta được Gb.tn = 6.53,94 = 323,64 (kg) M n.dl Gth M ov ..yFe Gb.tn ( =4 mm là bề dày tôn làm thùng) 0,5 0,583 Gth 3,598 .0,004.7850 323,64 363,85 kg 0,5 3/- Trọng lượng dầu: Thể tích dầu trong thùng : 3 Vd = Vt – Vr (m ) (CT 6-53) Vt là thể tích bên trong của thùng dầu phẳng. Vt = Mn.H B 3,14.0,588 2 Mn = B(A B) = 0,588(1,436 0,588) 0,96 (m ) là diện tích nắp 4 4 thùng. 3 Vt = 0,96.0,9986 = 0,957 (m ) Gr Vr (CT 6-54) yr Vr là thể tích ruột máy.  r là tỉ trọng trung bình của ruột máy đối với máy biến áp dây quấn đồng 3 yrCu 5500kg / m 1588,86 V 0,289 m3 r 5500 3 Vd 0,957 0,289 0,668 m - Trọng lượng dầu: Sinh Viên : Nguyễn Văn Nam - Lớp 31D2DE Trang 44
  45. Đồ án môn học thiết kế máy biến áp dầu 3 pha GVHD-ThS. Bùi Tấn Lợi Gd = 1,05[0,9(Vt – Vr) d +Gd.ô ] Ta có 1,05 là hệ số kể tới trọng lượng dầu tăng thêm ở bình giãn dầu. là tỉ trọng của dầu = 850 Gd.ô là trọng lượng dầu trong hệ thống ống làm lạnh hay bộ tản nhiệt tra bảng 63 ta có Gd.ô = 46. Gd = 1,05[0,9(0,975 – 0,289).850 +6.46] = 840,83 kg 4/- Bình giãn dầu : Theo qui định máy có dung lượng từ 100KVA trở lên đều có bình giãn dầu. Bình giãn dầu thường làm bằng thép hàn chiều dày 1-3mm và được đặt nằm ngay trên nắp thùng. Đối với loại thùng phẳng: Chiều dài bình giãn dầu: lgd B lgd 0,588(m) 5/- Đường kính bình giãn dầu: Vg (7 10%) thể tích trong thùng dầu. Vg = 0,7.Vd = 0,7.0,668 = 0,4676. 4.V 4.0,4676 d g 1,006(m) .lgd 3,14.0,588 Sinh Viên : Nguyễn Văn Nam - Lớp 31D2DE Trang 45