THIẾT kế máy điện CÔNG NGHIỆP thiết kế máy biến áp

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI THIẾT KẾ MÁY ĐIỆN CÔNG NGHIỆP Thiết kế máy biến áp Kiều Việt Anh Anh.kv173636@sis.hust.edu.vn Ngành Kỹ thuật điện Chuyên ngành Thiết bị điện – điện tử Giảng viên hướng dẫn: Bộ môn: Viện: HÀ NỘI, 1/2022 NHIỆM VỤ MÔN THIẾT KẾ MÁY ĐIỆN CÔNG NGHIỆP Họ tên SV: Kiều Việt Anh Khoá: 62 Viện Điện MSSV : 20173636 Ngành học: Thiết bị điện – điện tử Nhiệm vụ Thiết kế MBA Nhiệm vụ thiết kế Tổng dung lượng MBA S = 315kVA; Số pha m = 3; Tần số f=50Hz; Điện áp HA : U1= 400V, điện áp CA : U2 = 15000 ± (2 x 2,5 %) V; Sơ đồ tổ đấu dây quấn D/Yn-11 Máy biến áp chế tạo theo tiêu chuẩn gam mới, có đặc tính - điện áp ngắn mạch un=4% - tổn hao ngắn mạch Pn = 1050W; - tổn hao không tải P0 = 4200W; - dịng điện khơng tải i0=1,3% Làm lạnh dầu biến áp Thiết bị đặt trời Thiết kế với dây dẫn đồng, loại MBA ba pha trụ cấu trúc phẳng MỤC LỤC CHƯƠNG TÍNH TỐN CÁC KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU 1.1 Xác định đại lượng 1.2 Chọn số liệu xuất phát tính kích thước chủ yếu 1.3 Tính hệ số để timg hệ số CHƯƠNG TÍNH TỐN DÂY QUẤN 11 2.1 Dây quấn HA 11 2.2 Dây quấn CA 12 CHƯƠNG TÍNH TỐN CÁC THAM SỐ NGẮN MẠCH .19 3.1 Tổn hao 19 3.2 Điện áp ngắn mạch 21 3.3 Tính tốn lực học ngắn mạch 22 CHƯƠNG TÍNH TỐN CUỐI CÙNG VỀ HỆ THỐNG MẠCH TỪ .26 CHƯƠNG TÍNH TỔN HAO VÀ DỊNG ĐIỆN KHƠNG TẢI 29 CHƯƠNG TÍNH TỐN NHIỆT 33 6.1 Tính tốn nhiệt dây quấn 33 6.2 Tính toán nhiệt thùng dầu Error! Bookmark not defined TÀI LIỆU THAM KHẢO 38 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1-1 Thứ tự ghép lõi sắt ba pha Hình 1-2 Nửa tiết diện trụ hình bậc thang Hình 2-1 Sơ đồ điều chỉnh điện áp dây quấn CA 13 Hình 3-1 Thanh dẫn dây quấn 20 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1-2 Tính tốn sơ MBA .6 Bảng 2-1 Số vòng dây tương ứng đầu phân nhánh 13 Bảng 2-2 Sắp xếp lại số vòng dây tất bánh 15 Bảng 2-3 Các thông số bánh dây 16 Bảng 4-1 Các kích thước tập thép 26 CHƯƠNG TÍNH TỐN CÁC KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU 1.1 Xác định đại lượng - Dung lượng pha: Sf = 315 Dung lượng trụ: S’ = = 105,0 315 = 105,0 kVA Dòng điện dây định mức: - CA: I2 = 12,12 A - HA:I1=455A Dòng điện pha định mức: Vì dây quấn nối D/Y` - I = I /√3= A f2 - If1 = I1 = 455 A Điện áp pha định mức: - CA: Uf2 = U2 = 15000 (V) HA: Uf1 = U1/√3 = 230.9 (V) Điện áp thử dây quấn: - Với dây quấn cao áp: Uth2 = 35 kV - Với dây quấn hạ áp: Uth1 = kV 1.2 Chọn số liệu xuất phát tính kích thước chủ yếu Chiều rộng quy đổi rãnh từ tản dây quấn CA HA: - Với Uth2 = 35 kV, theo bảng 19 ta có a12 = mm ống cách điện dày 12 =3 - Theo công thức (2.36): Tra bảng 12: Với công suất 315 kVA cấp điện áp 15 kV suy k = (0,48 ÷ 0,52), ta chọn k = 0,51 Suy 1+ - Chiều rộng quy đổi từ trường tản: = 12 + + = 0,09 + 0,01633 = 0,0253 Hệ số quy đổi từ trường tản: kr = 0,95 Các thành phần điện áp ngắn mạch: = 10 = 1050 ( 10.315 ( ) = 1,333 % ) = √4 − 1,333 = 3,77 % Chọn tôn cán lạnh mã hiệu 3404 có chiều dày 0,35mm - Cách ép trụ: ép trụ nêm với dây quấn, ép gông xà ép, không dùng bulong xuyên qua trụ gông, sử dụng lõi thép có mối ghép xiên góc lõi, mối nối dùng mối ghép thẳng tơn Hình 1-1 Thứ tự ghép lõi sắt ba pha - Theo bảng 11 (trang 194), ta chọn từ cảm trụ Bt = 1,58 T - Theo bảng (trang 191) ta chọn hệ số tăng cường gông kg = 1,03; số bậc thang trụ 8; số bậc thang gông (chọn thấp trụ bậc) - Theo bảng (trang 190) ta chọn hệ số chêm kín kc = 0,928 - Theo bảng 10 (trang 193) ta chọn hệ số lấp đầy kđ = 0,97 - Theo công thức (2-20) hệ số lợi dụng lõi sắt: kld = k c kd = 0, 97.0, 928 = 0, - Từ cảm gông: B g - Từ cảm khe hở khơng khí mối nối thẳng: B "k = Bt - =1.58(T ) Từ cảm khe hở khơng khí mối nối xiên: B' k - Suất tổn hao trụ gông theo bảng 45 (trang 220): + Suất tổn hao trụ: pt = 1,242 W/kg + Suất tổn hao gông: pg = 1,168 W/kg - Suất từ hóa trụ gơng theo bảng 50 (trang 224): + Suất từ hóa trụ: qt = 1,675 VA/kg + Suất từ hóa gơng: qg = 1,486 VA/kg - Suất từ hóa khe hở khơng khí theo bảng 50 (trang 224): + Mối nối thẳng: p”k = 25100 VA/m2 + Mối nối nghiêng: p’k = 3190 VA/m2 Các khoảng cách cách điện chính, chọn theo điện áp thử Uth2 = 35 kV cuộn CA: - Trụ dây quấn HA: Giữa dây quấn HA CA: 12 =0 =9 Ống cách điện CA HA: 12 =3 Khoảng cách dây quấn CA: Tấm chắn pha: 22 22 = 10 =0 Giữa dây quấn CA đến gông: ′0 = 30 Phần đầu thừa ống cách điện: đ2 = 15 Các số tính tốn: Tra bảng 14; 15 Chọn a = 1,4 b = 0,3 Hệ số kf = 0,94 ( Tra bảng 15 ) - Hệ số quy đổi e hệ số quy đổi nửa tiết diện trụ hình bậc thang hình chữ nhật tương đương với cạnh ed, ta chọn e = Hình 1-2 Nửa tiết diện trụ hình bậc thang Hệ số dây quấn dây đồng Kdq = - 2, 46.10 1.3 Tính hệ số để tìm hệ số Trong thiết kế người ta dùng hệ số để quan hệ chiều rộng chiều cao máy Sự lựa chọn hệ số ảnh hưởng đến mối tương quan khối lượng vật liệu thép, dây đồng mà cịn ảnh hưởng đến thơng số kỹ thuật như: Tổn hao không tải, tổn hao ngắn mạch… Về mặt kinh tế: Nếu máy biến áp có cơng suất, điện áp, số liệu xuất phát, tham số kỹ thuật nhỏ, máy biến áp “gầy” cao, lớn máy biến áp “ béo” thấp Với trị số khác tỷ lệ trọng lượng sắt trọng lượng đồng máy biến áp khác nhỏ trọng lượng sắt ít, lượng đồng nhiều, tăng lên lượng sắt tăng lên, lượng đồng nhỏ lại Đối với máy biến áp ba pha, dùng tơn cán lạnh: - Tính hệ số: 4′ = 0,507 √ 1= 1= 5,633 104 2,4 10 0,3 + 0,41) = 150,8 3,605 104 ( + 2= = 5,633 104 0,9 0,14463 1,4 = 214,79 = 20,37 + ) = 2,4 104 0,9.1,02 0,14463 (1,4 + 4 = 2,4 10 + l” chiều dài qui đổi bình quân đường sức từ trường ngang + Do bố trí đầu dây quấn phân áp dây quấn nên có số vịng dây khơng có điện có khoảng trống dây quấn lx Lực nén chiều trục cực đại dây quấn: ′ ′′ = + = 37256,81 + 184350,24 = 221607,06 184350,24 = 147093,43 Lực nén chiều trục lớn tác dụng lên dây quấn HA, 2= ′ ′ ′ − = −37256,81 + = 221607,06 Ứng suất nén lên đệm cách điện bánh dây: = = 12.0,03.0,04221607,06 = 15,39 < 30 Với: + n số miệng đệm theo chu vi vòng tròn dây xuyến: n = 12 (theo bảng 30, trang 206) + a,b kích thước miếng đệm, chọn a = 30 mm; b = 40 mm 24 Lưu đồ thuật toán 25 CHƯƠNG TÍNH TỐN CUỐI CÙNG VỀ HỆ THỐNG MẠCH TỪ Chọn kết cấu lõi thép: Chọn kết cấu lõi thép kiểu pha trụ, thép ghép xen kẽ làm tôn cán lạnh 3404 dày 0,35 mm có mối nối nghiêng góc, trụ ép đai vải thủy tinh, khơng có sắt đệm, gơng ép xà ép gơng Kích thước tập thép tra theo bảng 41b (trang 214) Bảng 4-1 Các kích thước tập thép Tổng chiều dày thép tiết diện trụ (hoặc gông) bt = 2.(35+25+13+13+10+8+9+6) = 238 mm Toàn tiết diện bậc thang trụ (bảng 42b) = 490,6 = 0,02884 Tiết diện bậc thang gông: = 296,2 = 0,02962 => Tg = 0,02962.0,97 = 0,02873 Tiết diện hữu hiệu ( sắt trụ ): = = 0,97.0,02884 = đ Thể tích góc mạch từ ( Tra bảng 42b/page 171) = 4811 = 0,004811 26 Thể tích sắt góc mạch từ: V = 0,97.0,004811 = 0,004667 Chiều cao trụ: = +(′ Khoảng cách tâm trụ: = ′′ Trọng lượng sắt góc ( 5-10 ): = 0,004667.7650 = 35,7 Trọng lượng sắt theo gông ( Theo 5-12, 5-13, 5-14 ): = ′ + ′′ = 2.2.0,004667.0,488.7650 + 2.79,74 = 361,53 Trọng lượng trụ sắt ( theo 5-15, 5-16a, 5-16b ): = ′ +′′ = = 3.0,81 .0,02797.7650 + ( 0,004667.0,25.7650 − 79,74) 471,52 Trọng lượng sắt tồn trụ gơng: G = 361,53 + 471,52 = 833,05 27 Lưu đồ thuật tốn 28 CHƯƠNG TÍNH TỔN HAO VÀ DỊNG ĐIỆN KHÔNG TẢI (5 − 19) (5 − 20) Trị số từ cảm trụ sắt gông: = = Theo bảng 45-Trag 220 có: - Suất tổn hao trụ + Suất tổn hao sắt : pt= 1,185 W/kg + Suất tổn hao khe nối ghép xen kẽ : pkt= 915 W/m - Suất tổn hao gông + Suất tổn hao sắt: pg= 1,115 W/kg + Suất tổn hao khe nối ghép xen kẽ: pkg= 860 W/m - Ở mối nối nghiêng + Bkn= 1,11 T (Trang 129) + pkn= 330 W/m (bảng 45-220) Tiết diện khe hở khơng khí mối nối nghiêng Tk = 2Tt = 2.0, 02797 = 0, 039( m2 ) Các hệ số cần chọn: - Hệ số kể đến tổn hao phụ góc nối mạch từ: kpo= 10,18 (Trang 131) - kn hệ số biểu thị số lượng góc có dạng mái nối nghiêng: kn= - kt hệ số biểu thị số lượng góc có dạng mái nối thẳng: kt= 2,5 - Theo bảng 46a-221: k'po = 1,32 k"po = 1,96 - nk số khe nối thép mạch từ với mối nối chọn + Mối nối nghiêng: nkn = + Mối nối thẳng trụ: nkt = 29 + Mối nối thẳng gông: nkg = - Hệ số gia tăng tổn hao gông: kpg = (Trang 129) - Hệ số tổn hao tháo lắp gông: kpt =1,05 (Trang 130) - Hệ số kể đến tổn hao ép trụ để đai: kpe = 1,03 (bảng 46b-222) - Hệ số kể đến tổn hao cắt dập tôn thành tấm: kpc = 1,05 (Trang 130) - Hệ số kể đến tổn hao gấp mép khử bavia: kpb = (Trang 130) - Số lượng góc nối mạch từ cần phải tính đến ảnh hưởng tổn hao sắt: N = 12 (Trang 131) Tổn hao không tải: = [ + 1,05.1 [1,185.915 + 1,115 (290,13 − 12.35,7) + ( ′ 1,185+1,115 − 290,13.10,18 + )+ + +∑ ] = 4.0,0673.450 + 1.0,04759.967,2 + 2.0,04918.902] 1.1,03.1,05 =1078,523 W ( Sai lệch 2,72% so với giả thiết 1050 W) Sai lệch so với tiêu chuẩn: 1078,523 −1050 ( Nằm phạm vi cho phép ± 7,5% ) 1050 Theo bảng 50- trang 224 có: Suất từ hóa trụ: - Suất từ hóa trụ: qt = 1,53 (VA/kg) - Suất từ hóa khe nối: qkt = 20010 (VA/m ) Suất từ hóa gơng: - Suất từ hóa gơng: qg = 1,405 (VA/kg) - Suất từ hóa khe nối: qkg = 17100 (VA/m ) 2 Suất từ hóa mối nối nghiêng: qkn = 2242 (VA/m ) Các hệ số cần chọn - Hệ số kể đến ảnh hưởng chiều rộng tơn góc mạch từ: kir = 1,25 (bảng 52b - trang 226) - Hệ số làm tăng cơng suất từ hố gông: kig = (Trang 133) 30 - Hệ số kể đến tăng cơng suất từ hố tháo lắp gông dây quấn vào trụ: kit = 1,04 (Trang 133) - Hệ số kể đến ảnh hưởng việc ép mạch từ để đai: kie = 1,04 (Trang 133) - Hệ số kể đến ảnh hưởng việc cắt gọt bavia: kib = (Trang 133) - Hệ số kể đến ảnh hưởng việc cắt dập thép: kic = 1,18 (Trang 133) - Hệ số chung, kể đến ảnh hưởng góc nối phân hợp khác số lượng mối nối nghiêng mối nối thẳng: kio = 17,85 (bảng 53- trang 227) Cơng suất từ hóa khơng tải: = = 1,18.1 [1,53.915 + 1,405 (734,4 − 4.79,74) + 1,53 + 1,405 79,74.42,4.1,32 + 4.2620.0,0673 + 1.18480.0,04759 + 2.0,04918.15580] 1.1,05.1,05 = 4216,714 Thành phần phản kháng dòng điện không tải: = 10 = 10.315 4216,714 = 1,33 % Thành phần tác dụng dịng điện khơng tải: = Dịng điện khơng tải toản phần: 1078.523 10.315 = 0,34 % = √0,34 + 1,33 = 1,38 % 31 Hiệu suất máy biến áp tải định mức: + =(1− = 98,36% 32 CHƯƠNG TÍNH TỐN NHIỆT 6.1 Tính tốn nhiệt dây quấn Nhiệt độ chênh long dây quấn với mặt nó: Dây quấn HA: Với q mật độ dịng điện bề mặt dây quấn: 1= Khi đó: Tương tự dây quấn cao áp: 2= 107.3,46 106 26,4.22.1,05 10−10 = 233,10 / 0,75 (0,0061 + 0,042) Khi đó: = Nhiệt độ chênh mặt dây quấn dầu: Dây quấn HA: , 1= 0.35 0,6 = 1.1,1.0,35.0,8 420,640,6 = 11,56 Dây quấn CA: , 2= 0.35 0,6 = 1.1.0,95.0,35 233,100,6 = 8,76 Nhiệt độ chênh trung bình dây quấn dầu: 33 Dây quấn HA: , = 0,62 + 11,56 = 12,18 Dây quấn CA: , = 0,34 + 8,76 = 9,1 6.2 Tính tốn nhiệt thùng Theo bảng 57, với công suất máy biến áp, ta chọn kết cấu thùng vách phẳng có tản nhiệt kiểu ống thẳng Các khoảng cách cách điện từ dây dẫn đến vách thùng, đến xà ép gông xác định sau: ➢ Khoảng cách đến vách thùng cho dây dẫn CA: = 35 , ọ ℎđ ệ ( ả 31) ➢ Khoảng cách đến xà ép gông cho dây dẫn CA: = 35 , ọ ℎđ ệ ➢ Khoảng cách đến vách thùng cho dây dẫn HA không bọc cách điện: 3=20 ➢ Khoảng cách từ dây dẫn HA đến dây quấn CA, không bọc cách điện: = 22( ả 32) Chiều rộng tối thiểu thùng: ′′ = 2+( 1+ 2+ 2+ 3+ 4+ 1).10 −3 = 0,458 + (35 + 35 + 12 + 20 + 22 + 20)10 −3 = 0,464 Để tâm trụ MBA giữa, ta lấy B = 0,48 m Chiều dài thùng dầu: A = 2C + B = 2.0,52 + 0,76 = 1,8 m Chiều cao ruột máy: = + 2ℎ + 10−3 = 0,6613 + 2.0,25 + 0,05 = 1,21 (6 − 19) 34 Khoảng cách từ gông đến nắp thùng theo bảng 58 điều chỉnh điện áp đặt nằm ngang gông nắp thùng, ta lấy: 2=400 =0,4 Chiều cao thùng: H = 1,21 + 0,4 = 1,61 m Để mở rộng bề mặt làm lạnh cần thiết hợp lý chọn tản nhiệt kiểu ống thẳng có khoảng cách hai ống góp A = 1615 m (bảng 63) có bề mặt đối lưu ống = 4,96 hai ống góp có bề mặt đối lưu = 0,34 Để bố trí bơ tản nhiệt chọn, ta tính lại chiều cao thùng sau: + 1+ = =1,12+0,085+0,1=1,4 Nhiệt độ chênh trung bình cho phép dầu khơng khí dây quấn HA nóng nhất: , = 65 − 12,18 = 52,82 Nhiệt độ chênh lớp dầu so với khơng khí: 1,2 = 1,2.52,82 = 63,39 < 65 độ Nhiệt độ chênh trung bình vách thùng khơng khí: , = đ, − đ, = 52,82 − = 46,82 độ Bề mặt đối lưu thùng thẳng: = [2( − ) + ] = 1,4[2(1,12 − 0,48) + 0,48] = 3,9 Bề mặt xạ thùng có tản nhiệt: = 3,9.1,6 = 6,24 Bề mặt đối lưu cần thiết trị số = 46,82 35 ′ = - Bề mặt đối lưu nắp thùng: = 0,5[( − )( + 0,16) + Trong 0,16 bề rộng hai bên vành nắp 0,5 hệ số kể đến che khuất bề mặt thùng - Bề mặt đối lưu tản nhiệt: ∑ - = 10,98 − 4,67 − 0,36 = 5,94 = , ℎ + , = 4,96.1,26 + 0,34 = 4,67 Số tản nhiệt cần thiết: = - Bề mặt đối lưu tản nhiệt qui bề mặt thùng phẳng ( bảng 56 ): , - , 6,7 = 0,88 5,94 Bề mặt đối lưu thực của thùng là: = 1.6,7 + 4,67 + 0,36 = 11,74 Nhiệt độ chênh trung bình mặt ngồi ống khơng khí: =[ , Nhiệt độ chênh trung bình dầu sát vách thùng vách thùng (theo 6-48): = 0,165 [ , Nhiệt độ chênh trung bình dầu môi trường xung quanh: 36 ′ = + = 4,899 + 45,03 = 49,93 Nhiệt độ chênh lớp dầu môi trường xung quanh: = 1,2 ′ = 1,2.49,93 = 59,92 < 65 độ Nhiệt độ chênh dây quấn môi trường: HA: = 49,93 + 12,18 = 62,11 ( chấp nhận ) CA: , , 2= 9,1 + 49,93 = 59,03 37 TÀI LIỆU THAM KHẢO Phan Tử Thụ (2006) Thiết kế máy biến áp điện lực NXB Khoa học Kỹ thuật 38 ...NHIỆM VỤ MÔN THIẾT KẾ MÁY ĐIỆN CÔNG NGHIỆP Họ tên SV: Kiều Việt Anh Khoá: 62 Viện Điện MSSV : 20173636 Ngành học: Thiết bị điện – điện tử Nhiệm vụ Thiết kế MBA Nhiệm vụ thiết kế Tổng dung lượng... Nếu máy biến áp có cơng suất, điện áp, số liệu xuất phát, tham số kỹ thuật nhỏ, máy biến áp “gầy” cao, lớn máy biến áp “ béo” thấp Với trị số khác tỷ lệ trọng lượng sắt trọng lượng đồng máy biến. .. (do cách điện) lên 2% nên trọng lượng dây dẫn là: 1= 1,02.62,23 = 63,48 2.2 Dây quấn CA Chọn sơ đồ điều chỉnh điện áp 12 Máy biến áp sau thiết kế lắp đặt nơi gần nguồn xa nguồn điện áp đưa vào