kl dinh thai son 811217d

Chương 1: Tổng quan máy biến áp 1.1 Vài nét khái quát máy biến áp 1.2 Định nghĩa máy biến áp 1.2.1 Các đại lượng thông số đầu sơ cấp máy biến áp 1.2.2 Các đại lượng thông số đầu thứ cấp máy biến áp 1.3 Các đại lượng định mức máy biến áp 1.4 phân loại công dụng máy biến áp 1.5 Cấu tạo máy biến áp 1.5.1 Lõi sắt máy biến áp a Lõi sắt kiểu trụ b Lõi sắt kiểu bọc c Lõi sắt kiểu trụ bọc 1.5.2 Dây quấn máy biến áp a Dây quấn đồng tâm 1.5.3 Vỏ máy biến áp a.Thùng máy biến áp b.Nắp thùng máy biến áp 1.6 Nguyên lý làm việc máy biến áp 1.7 Tổ đấu dây máy biến áp a Cách kí hiệu đầu dây b Các kiểu đấu dây quấn 10 c Tổ nối dây máy biến áp 10 1.8 Sử dụng vật liệu chế tạo 10 1.9 Cách điện máy biến áp 11 1.9.1 Các vật liệu cách điện dùng máy biến áp 12 1.9.2 Các kết cấu cách điện khoảng cách cách điện 12 Chương 2: Xác định kích thước máy biến áp 15 2.1 Xác định thông số máy biến áp 15 2.1.1 Công suất pha trụ máy biến áp 15 2.1.2 Dịng điện phía HA CA máy biến áp 15 2.1.3 Điện áp phía HA CA máy biến áp 15 2.2 Xác định kích thước máy biến áp 16 2.2.1 Điện áp vòng dây 16 2.2.2 Tiết diện thực trụ 16 2.2.3 Tiết diện thực gông 16 2.2.4 Mật độ tự cảm trụ gông 17 Chương 3: Xác định dây quấn máy biến áp 18 3.1 Cuộn dây hạ áp 18 3.1.1 Xác định tiết diện, mật độ dòng điện cuộn HA 18 3.1.2 Xác định chiều cao cuộn HA 18 3.1.3 Xác định bề dày cuộn HA 19 3.1.4 Xác định chu vi cuộn HA 20 3.1.5 Xác định khối lượng cuộn HA 21 3.2 Cuộn dây CA 21 3.2.1 Xác định tiết diện mật độ dòng điện cuộn CA 21 3.2.2 Xác định chiều cao cuộn CA 22 3.2.3 Xác định bề dày cuộn CA 23 3.2.4 Xác định chu vi cuộn CA 24 3.2.5 Xác định khối lượng cuộn CA 25 Chương : Xác định tính tốn ngắn mạch máy biến áp 26 4.1 Xác định tổn hao ngắn mạch 26 4.1.1Tổn hao 26 a.Tổn hao đồng dây quấn HA 26 b.Tổn hao đồng dây quấn CA 26 4.1.2 Tổn hao phụ hai dây quấn 27 a Tổn hao phụ PfCu1 dây quấn HA 28 b Tổn hao phụ PfCu dây quấn CA 28 4.1.3 Tổn hao dây dẫn Pr1 , Pr 28 a Tổn hao dây dẫn HA 28 b Tổn hao dây dẫn CA 28 4.1.4 Tổn hao vách thùng dầu kết cấu kim loại khác Pt 29 4.1.5 Tổn hao ngắn mạch 29 4.2 Xác định điện áp ngắn mạch 29 4.2.1 Thành phần điện áp ngắn mạch tác dụng 30 4.2.2 Thành phần điện áp ngắn mạch phản kháng 30 4.2.3 Điện áp ngắn mạch toàn phần 31 4.2.4 Sai số điện áp ngắn mạch 31 4.3 Xác định lực học dây quấn máy biến áp 31 4.3.1 Xác định dòng điện ngắn mạch cực đại 31 a Trị số hiệu dụng dòng ngắn mạch 31 b Trị số dòng điện ngắn mạch cực đại tức thời 32 4.3.2 Xác định lực học ngắn mạch 32 4.3.3 Xác định ứng suất dây quấn 33 a Ứng suất lực hướng kính gây nên 33 b Ứng suất lực chiều trục 34 Chương 5: Xác định mạch từ tham số không tải máy biến áp 35 5.1 Xác định mạch từ 35 a Kích thước mạch từ 35 b Khối lượng mạch từ 36 5.2 Xác định tổn hao không tải 37 5.2.1 Từ cảm trụ, gông khe hở 37 5.2.2 Tổn hao tác dụng máy biến áp 38 5.2.3 Tổn hao từ hoá máy biến áp 39 5.2.4 Xác định dòng điện không tải 41 Chương 6: Xác định nhiệt máy biến áp 42 6.1 Xác định kích thước ruột, thùng máy biến áp 42 a Kích thước ruột máy 42 b Kích thước thùng 42 c Số cánh tản nhiệt diện tích tản nhiệt máy biến áp 43 d Bề mặt xạ đối lưu thùng máy biến áp 43 6.2 Xác định nhiệt thùng dầu dây quấn 44 6.2.1 Xác định nhiệt thùng dầu 44 6.2.2 Xác định nhiệt dây quấn 45 a Xác định nhiệt cuộn HA 45 b Xác định nhiệt cuộn CA 47 6.3 Xác định trọng lượng ruột máy, vỏ máy, dầu bình giãn dầu 49 a Trọng lượng ruột máy biến áp 49 b Thể tích ruột máy biến áp 49 c Thể tích dầu máy biến áp 49 Chương 7: Tính tốn kích thước máy biến áp 50 7.1 Tính tốn thơng số máy biến áp 50 7.1.1 Công suất pha trụ máy biến áp 50 7.1.2 Dịng điện phía HA CA máy biến áp 51 7.1.3 Điện áp phía HA CA máy biến áp 51 7.2 Tính tốn kích thước máy biến áp 52 7.2.1 Điện áp vòng dây 52 7.2.2 Tiết diện thực trụ 52 7.2.3 Tiết diện thực gông 52 7.2.4 Mật độ tự cảm trụ gông 53 Chương 8: Tính tốn dây quấn máy biến áp 54 8.1 Cuộn dây hạ áp 54 8.1.1 Tính tốn tiết diện, mật độ dòng điện cuộn HA 54 8.1.2 Tính tốn chiều cao cuộn HA 55 8.1.3 Tính tốn bề dày cuộn HA 56 8.1.4 Tính tốn chu vi cuộn HA 57 8.1.5 Tính tốn khối lượng cuộn HA 58 8.2 Cuộn dây CA 59 8.2.1 Tính tốn tiết diện mật độ dòng điện cuộn CA 59 8.2.2 Tính tốn chiều cao cuộn CA 59 8.2.3 Tính tốn bề dày cuộn CA 61 8.2.4 Tính tốn chu vi cuộn CA 63 8.2.5 Tính tốn khối lượng cuộn CA 63 Chương 9: Tính tốn ngắn mạch máy biến áp 65 9.1 Tính tốn tổn hao ngắn mạch 65 9.1.1Tổn hao 65 a.Tổn hao đồng dây quấn HA 65 b.Tổn hao đồng dây quấn CA 65 9.1.2 Tổn hao phụ hai dây quấn 65 a Tổn hao phụ PfCu1 dây quấn HA 65 b Tổn hao phụ PfCu dây quấn CA 66 9.1.3 Tổn hao dây dẫn Pr1 , Pr 67 a Tổn hao dây dẫn HA 67 b Tổn hao dây dẫn CA 67 9.1.4 Tổn hao vách thùng dầu kết cấu kim loại khác Pt 67 9.1.5 Tổn hao ngắn mạch 67 9.2 Tính tốn điện áp ngắn mạch 67 9.2.1 Thành phần điện áp ngắn mạch tác dụng 68 9.2.2 Thành phần điện áp ngắn mạch phản kháng 68 9.2.3 Điện áp ngắn mạch toàn phần 68 9.2.4 Sai số điện áp ngắn mạch 69 9.3 Tính tốn lực học dây quấn máy biến áp 69 9.3.1 Tính tốn dịng điện ngắn mạch cực đại 70 a Trị số hiệu dụng dòng ngắn mạch 70 b Trị số dòng điện ngắn mạch cực đại tức thời 70 9.3.2 Tính tốn lực học ngắn mạch 70 9.3.3 Tính tốn ứng suất dây quấn 70 a Ứng suất lực hướng kính gây nên 71 b Ứng suất lực chiều trục 71 Chương 10:Tính tốn mạch từ tham số không tải máy biến áp 72 10.1 Tính tốn mạch từ 73 a Kích thước mạch từ 73 b Khối lượng mạch từ 73 10.2 Tính tốn tổn hao không tải 74 10.2.1 Từ cảm trụ, gông khe hở 76 10.2.2 Tổn hao tác dụng máy biến áp 78 10.2.3 Tổn hao từ hoá máy biến áp 80 10.2.4 Tính tốn dịng điện khơng tải 81 Chương 11: Tính tốn nhiệt máy biến áp 83 11.1 Tính tốn kích thước ruột, thùng máy biến áp 83 a Kích thước ruột máy 83 b Kích thước thùng 83 c Số cánh tản nhiệt diện tích tản nhiệt máy biến áp 84 d Bề mặt xạ đối lưu thùng máy biến áp 85 11.2 Tính tốn nhiệt thùng dầu dây quấn 86 11.2.1 Tính tốn nhiệt thùng dầu 86 11.2.2 Tính tốn nhiệt dây quấn 87 a Tính tốn nhiệt cuộn HA 87 b Tính tốn nhiệt cuộn CA 89 11.3 Tính tốn trọng lượng ruột máy, vỏ máy, dầu bình giãn dầu 92 a Trọng lượng ruột máy biến áp 92 b Thể tích ruột máy biến áp 92 c Thể tích dầu máy biến áp 93 Lời cảm ơn Trước hết, em xin chân trọng bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy Phạm Hữu Lý – người trực tiếp hướng dẫn tận tình em suốt trình thực luận văn tốt nghiệp Xin chân thành cám ơn đến tất q Thầy, Cơ trường Đại Học Tôn Đức Thắng trang bị cho em kiến thức bổ ích tồn khố học em chân thành gởi lòng biết ơn đến Thầy, Cô môn Hệ Thống Điện tạo điều kiện, hỗ trợ cho em trình học tập thực luận văn Ngồi ra, tơi xin chân thành cám ơn đến bạn bè, đồng nghiệp gia đình tạo điều kiện thuận lợi, niềm tin nghị lực để hoàn thành luận văn Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2010 Người thực Đinh Thái Sơn LỜI MỞ ĐẦU Chúng ta sống thời đại với phát triển không ngừng khoa học kĩ thuật, thời đại mà nghiệp cơng nghiệp hóa đại hóa đặt lên hàng đầu Nói đến cơng nghiệp hóa, đại hóa khơng thể tách rời ngành điện, ngành điện đóng vai trị mấu chốt q trình Trong ngành điện cơng việc thiết kế máy điện khâu vơ quan trọng, nhờ có kỹ sư thiết kế máy điện mà máy phát điện đời cung cấp cho nhà máy điện Khi điện sản xuất phải truyền tải điện tới nơi tiêu thụ, trình truyền tải điện khơng thể thiếu máy biến áp điện lực, dùng để tăng giảm điện áp lưới cho phù hợp Đối với việc tăng điện áp lên cao để tránh tổn thất điện truyền tải giảm điện áp cho phù hợp với nơi tiêu thụ Vì máy biến áp điện lực phận quan trọng hệ thống điện Máy biến áp điện lực ngâm dầu loại máy sử dụng rộng rãi ưu điểm vượt trội loại máy có Nhờ mà máy biến áp điện lực ngâm dầu ngày sử dụng rộng rãi không ngừng cải tiến cho phục vụ nhu cầu người sử dụng tốt CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁ BIẾN ÁP Chương : Tổng quan máy biến áp 1.1 Vài nét khái quát máy biến áp: Để dẫn điện từ trạm phát điện tới hộ tiêu thụ cần phải có đường dây tải điện Nếu khoảng cách nơi sản suất điện tới nơi tiêu thụ lớn, vấn đề đặt cần giải cho việc truyền tải điện xa mà kinh tế đảm bảo tiêu kỹ thuật Máy phát điện Đường dây Máy biến áp tăng áp Hộ tiêu thụ Máy biến áp giảm áp Hình 1.1 Sơ đồ mạng truyền tải đơn giản Như ta biết, công suất truyền tải đường dây, điện áp tăng cao dịng điện đường dây giảm xuống, làm tiết diện dây nhỏ đi, trọng lượng chi phí dây dẫn giảm xuống, đồng thời tổn hao lượng đường dây giảm xuống Vì thế, muốn truyền tải cơng suất xa, tổn hao tiết kiệm kim loại màu đường dây người ta phải dùng điện áp cao, dẫn điện đường dây cao thường 35, 110, 220 500 KV Trên thực tế, máy phát điện phát điện áp cao mà phát điện áp từ tới 21 KV, phải có thiết bị tăng điện áp đầu đường dây lên Măt khác hộ tiêu thụ thường sử dụng điện áp thấp từ 127 tới 500V, 6KV, trước sử dụng điện cần có thiết bị giảm điện áp xuống.Những thiết bị dùng để tăng giảm điện áp gọi máy biến áp(m.b.a) Thực tế hệ thống điện , muốn truyền tải phân bố công suất từ nhà máy điện tới hộ tiêu thụ điện cách hợp lí, thường phải qua ba, bốn lần tăng giảm điện áp Do tổng công suất m.b.a hệ thống điện thường gấp ba, bốn lần công suất trạm phát điện Những m.b.a dùng hệ thống điện gọi m.b.a điện lực hay m.b.a cơng suất Từ ta thấy m.b.a làm nhiệm vụ truyền tải phân phối lượng khơng chuyển hóa lượng Ngày khuynh hướng phát triển m.b.a điện lực chế tạo m.b.a có dung lượng thật lớn, điện áp thật cao, dùng nguyên liệu chế tạo để giảm trọng lượng kích thước máy Nước ta ngành chế tạo m.b.a thực có chỗ đứng việc đáp ứng phục vụ cho cơng cơng nghiệp hóa đại hóa nước nhà Hiện sản xuất m.b.a có dung lượng 63000 KVA với điện áp 110 KV cấp điện áp 220 K, dung lượng 125 MVA 1.2 Định nghĩa máy biến áp: Máy biến áp phận quan trọng hệ thống điện lực thiết bị từ đứng yên, làm việc dựa nguyên lý cảm ứng điện từ, biến đổi hệ thống CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁ BIẾN ÁP dòng điện xoay chiều điện áp thành hệ thống dòng điện xoay chiều điện áp khác, với tần số khơng thay đổi Kí hiệu máy biến áp đơn giản sau: Hình 1.2 kí hiệu máy biến áp Đầu vào m.b.a nối với nguồn gọi sơ cấp Đầu nối với tải gọi thứ cấp o Khi điện áp đầu thứ cấp lớn điện áp đầu vào sơ cấp ta có m.b.a tăng áp o Khi điện áp đầu thứ cấp nhỏ điện áp đầu vào sơ cấp ta có m.b.a giảm áp Ở m.b.a ba dây quấn, ngồi hai dây quấn sơ cấp thứ cấp cịn có dây quấn thứ ba với điện áp trung bình Máy biến áp biến đổi hệ thống xoay chiều pha gọi máy biến áp pha, m.b.a biến đổi hệ thống xoay chiều ba pha gọi m.b.a ba pha Máy biến áp ngâm dầu gọi m.b.a dầu, m.b.a không ngâm dầu gọi m.b.a khô Máy biến áp có ba trụ nằm mặt trụ phẳng gọi m.b.a mạch từ phẳng, m.b.a với ba trụ nằm không gian gọi m.b.a mạch từ không gian 1.2.1 Các đại lượng thông số đầu sơ cấp máy biến áp: o U1: Điện áp sơ cấp o I1: Dòng điện sơ cấp o P1: Công suất sơ cấp o W1: Cuộn dây sơ cấp 1.2.2 Các đại lượng thông số đầu thứ cấp máy biến áp: o U2: Điện áp thứ cấp o I2: Dịng điện thứ cấp o P2: Cơng suất thứ cấp o W2: Cuộn dây thứ cấp 1.3 Các đại lượng định mức máy biến áp: Máy biến áp có thơng số định mức thường ghi nhãn máy biến áp • Dung lượng hay cơng suất định mức Sđm cơng suất tồn phần đưa dây quấn thứ cấp máy biến áp tính kilơampe (KVA) hay vơn-ampe (VA) • Điện áp dây sơ cấp định mức U1đm điện áp dây quấn sơ cấp tính (KV) hay (V) Nếu dây quấn sơ cấp có đầu phân nhánh người ta ghi thêm điện áp định mức đầu phân nhánh • Điện áp dây thứ cấp định mức U2đm điện áp dây dây quấn thứ cấp máy biến áp không tải điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp định mức, tính (KV) hay (V) • Dịng điện dây định mức sơ cấp I1đm thứ cấp I2đm dòng điện CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁ BIẾN ÁP dây dây quấn sơ cấp thứ cấp ứng với công suất điện áp định mức, tính ampe (A) hay kilơampe (KA) • Tần số định mức fđm: tính Hz Thường m.b.a điện lực có tần số cơng nghiêp 50 1.4 phân loại công dụng máy biến áp: Theo cơng dụng m.b.a gồm loại sau đây: Máy biến áp điện lực dùng để truyền tải phân phối công suất hệ thống điện lực Máy biến áp chuyên dùng dùng cho lò luyện kim, cho thiết bị chỉnh lưu; máy biến áp hàn điện Máy biến áp tự ngẫu biến đổi điện áp phạm vi không lớn, dùng để mở máy động xoay chiều Máy biến áp đo lường dùng để giảm điện áp dòng điện lớn đưa vào đồng hồ đo Máy biến áp thí nghiệm dùng để thí nghiệm điện áp cao Trong hệ thống điện m.b.a có vai trị vơ quan trọng, dùng để truyền tải phân phối điện năng, nhà máy điện có cơng suất lớn thường xa trung tâm tiêu thụ điện (Các khu công nghiệp, hộ tiêu thụ điện) Vì cần phải xây dựng hệ thống truyền tải điện 1.5 Cấu tạo máy biến áp: Máy biến áp có hai phận lõi sắt dây quấn Ngồi cịn có phận khác vỏ máy hệ thống làm mát 1.5.1 Lõi sắt máy biến áp: Lõi sắt phần mạch từ m.b.a, làm khung mà cịn để nhiều phận quan trọng m.b.a dây quấn, giá đỡ dây dẫn Ngoài lõi sắt chịu ứng lực học lớn dây quấn bị ngắn mạch Vì lõi sắt cịn phải bền ổn định khí để bảo đảm lúc nâng cẩu lõi an toàn chịu ứng lực m.b.a bị ngắn mạch Ngoài lõi sắt m.b.a dùng để dẫn từ thơng máy, chế tạo từ vật liệu dẫn từ tốt thép kỹ thuật điện Thép kỹ thuật dùng tole cán lạnh có bề dày 0,23 ÷ 0,27 mm, có từ cảm 1,45 ÷ 1,65T Nước sản xuất chủ yếu: Nga, Nhật, BaLan, Đức… Lõi sắt gồm hai phận trụ gơng Trụ gơng tạo thành mạch từ kín • Trụ phần lõi thép có quấn dây quấn • Gơng phần lõi thép nối trụ lại với thành mạch từ khơng có quấn dây Theo xếp tương đối trụ gông dây quấn mà ta có loại lõi sắt sau: CHƯƠNG 10: TÍNH TỐN MẠCH TỪ VÀ THAM SỐ KHƠNG TÁI MÁY BIẾN ÁP Trong đó: P0tb = 1131,471 (W) tổn hao trung bình khơng tải P0 đb = 1200 (W) tổn hao không tải ban đầu Nhận xét: Sai số tổn hao không tải ΔP = −5,7 (%) < -15 (%) theo TCVN 10.2.3 Tổn hao từ hoá máy biến áp: • Tổn hao từ hố trụ: Qt = qt Gt = 1,768.358,07 = 633,07 (VA) Trong đó: qt = 1,768 (VA/Kg) suất từ hoá trụ Gt = 358,07 (Kg) tổng khối lượng trụ • Tổn hao từ hố gông phần thẳng: QG ' = q g G g' = 1,768.365,43 = 646 (VA) Trong đó: q g = 1,768 (VA/Kg) suất từ hố gơng G g' = 365,43 (Kg) khối lượng gơng phần thẳng • Tổn hao từ hố góc mạch từ: Q4 goc = 4.q g G0 = 4.1,768.39,782 = 281,34 (VA) Trong đó: q g = 1,768 (VA/Kg) suất từ hố gơng G0 = 39,782 (Kg) khối lượng góc mạch từ • Tổn hao từ hố gia tăng góc nối: Q gn = qt + q g k i k ir G0 1,768 + 1,768 = 16,7.1,5.39,782 = 1761,88 (W) Trong đó: qt = 1,768 (VA/Kg) suất tổn hao trụ q g = 1,768 (VA/Kg) suất tổn hao gông k i = 16,7 hệ số gia tăng cơng suất từ hố góc nối k ir = 1,5 hệ số ảnh hưởng chiều rộng tôn G0 = 39,782 (Kg) khối lượng góc mạch từ • Tổng tổn hao từ hoá khe hở thẳng nghiêng: Qtn = ( q kn n n + nt q kt ).Tt 10 −6 = ( 3355.4 + 1.32400).35330.10 −6 80 CHƯƠNG 10: TÍNH TỐN MẠCH TỪ VÀ THAM SỐ KHÔNG TÁI MÁY BIẾN ÁP = 1815,21 (VA) Trong đó: q kn = 3355 (VA/m2) suất từ hố khe hở nghiêng nn = số mối ghép nghiêng nt = số mối ghép thẳng q kt = 32400 (VA/m2) suất từ hoá khe hở thẳng Tt = 35330 (mm2) tiết diện trụ • Từ hố khơng tải m.b.a: Q0 = ( K (Qt + QG ' − Q4 goc + Q gn ) + Qtn ).K = ((1,061(633,07 + 646 − 281,34 + 1761,88) + 1815,21).1,05 = 4980,31 (VA) Trong đó: K = 1,061 hệ số tổn hao cắt dập tổn gấp mép khử bav K = 1,5 hệ số gia tăng tổn hao tháo lắp gông ép đai trụ Qt = 633,07 (VA) tổn hao từ hoá trụ QG ' = 646 (VA) tổn hao từ hố gơng phần thẳng Q4 goc = 281,34 (VA) tổn hao từ hố góc mạch từ Q gn = 1761,88 (VA) tổn hao từ hố gia tăng góc nối Qtn = 1815,21 (W) tổn hao từ hoá khe hở thẳng nghiêng 10.2.4 Tính tốn dịng điện khơng tải: • Thành phần dịng điện tác dụng: P0tb 10.S 1131,471 = 10.750 = 0,15 (%) I or = Trong đó: P0tb = 1131,471 (W) tổn hao trung bình khơng tải m.b.a S = 750 (KVA) công suất định mức m.b.a • Dịng điện khơng tải phản kháng: Q0 10.S 4980,31 = 10.750 = 0,664 (%) I 0x = Trong đó: Q0 = 4980,31 (VA) cơng suất phản kháng S = 750 (KVA) công suất định mức m.b.a • Dịng khơng tải: I = I 02x + I 02r 81 CHƯƠNG 10: TÍNH TỐN MẠCH TỪ VÀ THAM SỐ KHÔNG TÁI MÁY BIẾN ÁP = 0,664 + 0,15 = 0,68 (%) Trong đó: I ox = 0,664 (%) dịng điện khơng tải phản kháng I or = 0,15 (%) dịng điện khơng tải tác dụng 82 CHƯƠNG 11: TÍNH TỐN NHIỆT MÁY BIẾN ÁP Chương 11: Tính tốn nhiệt máy biến áp 11.1 Tính tốn kích thước ruột máy: a Kích thước ruột máy: • Chiều dài ruột máy: hdai = 3.(ab1 + Rmt ) − a 22 = 3.(148 + 190,94) − 22 = 994,82 (mm) Trong đó: ab1 = 148 (mm) bề rộng trụ bậc Rmt = 190,94 (mm) bề rộng cửa sổ mạch từ a 22 = 22 (mm) cách điện cao cao • Chiều rộng ruột máy: hrong = (htplCA 2) + hdn = (72,47.2) + 249 = 393,94 (mm) Trong đó: htplCA = 72,47 (mm) bề dày toàn phần lưng cuộn CA hdn = 249 (mm) bề dài mặt cắt ngang nịng • Chiều cao ruột máy: hruot = hmt + 2.ab1 = 440,8 + 2.148 = 736,8 (mm) Trong đó: hmt = 440,8 (mm) chiều cao cửa sổ mạch từ ab1 = 148 (mm) bề rộng gơng bậc b Kích thước thùng • Chiều dài thùng m.b.a: A = hdai + 2.hd = 994,82 + 66,5.2 = 1127,82 (mm) Trong đó: hdai = 994,82 (mm) chiều dài ruột m.b.a hd = 66,5 (mm) khoảng cách theo chiều dài • Chiều rộng thùng m.b.a: B = hrong + 2.hr = 393,94 + 2.56 = 505,94 (mm) Trong đó: hrong = 393,94 (mm) chiều rộng ruột m.b.a hr = 56 (mm) khoảng cách theo chiều rộng 83 CHƯƠNG 11: TÍNH TỐN NHIỆT MÁY BIẾN ÁP • Chiều cao thùng m.b.a: hth = hruot + hc = 736,8 + 240 = 976,8 (mm) Trong đó: hruot = 736,8 (mm) chiều cao ruột m.b.a hc = 240 (mm) khoảng cách theo chiều cao • Chiều dài bước sóng: Abs = a + c = 32 + = 40 (mm) Trong đó: a = 32 (mm) chiều rộng khe khơng khí c = (mm) rộng khe hở cánh tản nhiệt • Chiều dài khai triển bước cánh tản nhiệt: l s = (2b + Abs − 0,43c) = (2.200 + 40 − 0,43.8) = 436,6 (mm) Trong đó: b = 200 (mm) chiều sâu cánh tản nhiệt Abs = 40 (mm) chiều dài bước sóng c = (mm) rộng khe dầu cánh tản nhiệt c Số cánh tản nhiệt diện tích tản nhiệt: • Số cánh tản nhiệt theo chiều dài: N ctnd = A Abs 1127,82 40 = 29 (cánh) = Trong đó: A = 1127,82 (mm) chiều dài thùng m.b.a Abs = 40 (mm) chiều dài bước sóng • Số cánh tản nhiệt theo chiều rộng: N ctnr = B Abs 505,94 40 = 13 (cánh) = Trong đó: B = 505,94 chiều rộng thùng m.b.a Abs = 40 chiều dài bước sóng • Tổng số cánh tản nhiệt dùng cho m.b.a: N ctn = 2.( N ctnd + N ctnr ) 84 CHƯƠNG 11: TÍNH TỐN NHIỆT MÁY BIẾN ÁP = 2(29 + 13) = 84 (cánh) Trong đó: N ctnd = 29 cánh tản nhiệt theo chiều dài N ctnr = 13 cánh tản nhiệt theo chiều rộng • Diện tích cánh tản nhiệt: S ctn = l s H s N ctn 10 −6 = 436,6.780.84.10 −6 = 28,61 (m2) Trong đó: l s = 436,6 (mm) chiều dài khai triển cánh tản nhiệt H s = 780 (mm) chiều cao cánh tản nhiệt N ctn = 84 tổng số cánh tản nhiệt d Bề mặt xạ đối lưu thùng: • Bề mặt xạ thùng: M bx = [l s N ctn H s + (hth − H s ).2.( A + B) + A.B ].10 −6 = [(436,6.84.780 + (976,8 − 780).2.(1127,82 + 505,94) + 1127,82.505,94 ].10 −6 = 29,53 (m2) Trong đó: l s = 436,6 (mm) chiều dài khai triển cánh tản nhiệt N ctn = 84 tổng số cánh tản nhiệt H s = 780 (mm) chiều cao cánh tản nhiệt hth = 976,8 (mm) chiều cao thùng A = 1127,82 (mm) chiều dài thùng B = 505,94 (mm) chiều rộng thùng • Hệ số kể đến đối lưu khó khăn khơng khí cánh: ⎛b⎞ k s = − ⎜ ⎟ / 190 ⎝a⎠ ⎛ 200 ⎞ = 1− ⎜ ⎟ / 190 ⎝ 32 ⎠ = 0,8 Trong đó: b = 200 (mm) bề sâu cánh tản nhiệt a = 32 (mm) chiều rộng khe khơng khí • Bề mặt đối lưu thùng: M đl = [k s N ctn l s H s + 2.( A + B) + A.B ].10 −6 = [0,8.84.436,6.780 + 2.(1127,82 + 505,94) + 85 1127,82.505,94 ].10 −6 CHƯƠNG 11: TÍNH TỐN NHIỆT MÁY BIẾN ÁP = 23,2 (m2) Trong đó: k s = 0,8 hệ số kể đến đối lưu khó khăn khơng khí cánh N ctn = 84 tổng số cánh tản nhiệt l s = 436,6 (mm) chiều dài khai triển cánh tản nhiệt H s = 780 (mm) chiều cao cánh tản nhiệt A = 1127,82 (mm) chiều dài thùng B = 505,94 (mm) chiều rộng thùng 11.2 Tính tốn nhiệt thùng dầu dây quấn: 11.2.1 Tính tốn nhiệt thùng dầu: • Nhiệt độ chênh thùng so với khơng khí: θ t k ⎡ k ( P0tb + Pn ) ⎤ =⎢ ⎥ ⎣ 2,8M bx + 2,5M đl ⎦ ,8 ⎡1,05.(1131,471 + 8981,2) ⎤ =⎢ ⎥ ⎣ 2,8.29,53 + 2,5.23,2 ⎦ ,8 = 31,78 (0C) Trong đó: k = 1,05 hệ số ảnh hưởng P0tb = 1131,471 (W) tổn hao trung bình khơng tải Pn = 8981,2 (W) tổn hao ngắn mạch M bx = 29,53 (m2) bề mặt xạ thùng M đl = 23,2 (m2) bề mặt đối lưu thùng • Nhiệt độ chênh dầu sát vách thùng so với thùng: θ d t ⎡ k ( P0tb + Pn ) ⎤ = k1 0,165⎢ ⎥ M đl ⎣ ⎦ 0, ⎡1,05.(1131,471 + 8991,2) ⎤ = 1.0,165.⎢ ⎥ 23,2 ⎣ ⎦ 0, = 6,5 (0C) Trong đó: k1 = hệ số làm lạnh dầu tự nhiên k = 1,05 hệ số ảnh hưởng P0tb = 1131,471 (W) tổn hao không tải Pn = 8991,2 (W) tổn hao ngắn mạch M đl = 23,2 (m2) bề mặt đối lưu thùng • Nhiệt độ chênh dầu so với khơng khí: θ d' k = θ d t + θ t k = 6,5 + 31,78 86 CHƯƠNG 11: TÍNH TỐN NHIỆT MÁY BIẾN ÁP = 38,28 (0C) Trong đó: θ d t = 6,5 (0C) nhiệt độ chênh dầu sát vách thùng so với thùng θ t k = 31,78 (0C) nhiệt độ chênh thùng khơng khí • Nhiệt độ lớp dầu so với khơng khí: θ d k = σ (θ d t + θ t k ) = 1,2(6,5 + 31,78) = 45,94 (0C) Trong đó: σ = 1,2 hệ số θ d t = 6,5 (0C) độ chênh nhiệt độ dầu – thùng θ t k = 31,78 (0C) độ chênh nhiệt thùng – khơng khí 11.2.2 Tính tốn nhiệt dây quấn: a Tính tốn nhiệt cuộn HA: • Bề mặt tản nhiệt cuộn HA: M HA = [k (CV N + 4.ntdLHA htdlHA + 2.a cvtdxqHA ntdHA ).h2 ].10 −6 = [0,75(954,487 + 4.1.151 + 2.0.0).384,8].10 −6 = 0,45 (m2) Trong đó: k = 0,75 hệ số kể đến che khuất CV N = 954,487 (mm) chu vi cuộn HA ntdlHA = số lần thông dầu lưng cuộn HA htdlHA = 151 (mm) bề rộng thông dầu lưng HA a cvtdxqHA = (mm) chu vi thông dầu xung quanh HA ntdlHA = số lần thông dầu xung quanh cuộn HA h2 = 384,8 (mm) chiều cao cuộn HA • Tổng bề mặt tản nhiệt cuộn HA: ∑ M HA = t.M HA = 3.0,45 = 1,35 (m2) Trong đó: t = số trụ tác dụng M HA = 0,45 (m ) bề mặt tản nhiệt cuộn HA • Mật độ dịng nhiệt cuộn HA: q2 = = ( PCu + Pr ).k f ∑ M HA (3657,3 + 222,8).1,018 1,35 = 2925,8 (W/m2) Trong đó: PCu = 3657,3 (W) tổn hao dây quấn HA 87 CHƯƠNG 11: TÍNH TOÁN NHIỆT MÁY BIẾN ÁP Pr = 222,8 (W) tổn hao mối HA k f = 1,018 hệ số kể đến tổn hao phụ cuộn HA ∑ M HA = 1,35 (m ) tổng bề mặt tản nhiệt cuộn HA • Suất tổn hao đơn vị thể tích cuộn HA: 1,68.Δ22 a.b 10 ' ' (a + λ HA ).b p HA = = 1,68.3,34 2.3.9 10 (3,6 + 0,17).9,6 = 139814 (W/m ) Trong đó: Δ = 3,34 (A/m2) mật độ dòng điện cuộn HA a = (mm) chiều rộng dây quấn HA b = (mm) chiều dài dây quấn HA a ' = 3,6 (mm) chiều rộng cách điện dây quấn HA b ' = 9,6 (mm) chiều dài cách điện dây quấn HA λ HA = 0,17 (W/m.0C) suất dẫn nhiệt cách điện dây quấn • Suất dẫn nhiệt bình quân qui ước cuộn HA: λ b.a ' λbqHA = HA' 2.b δ HA = 0,17.9.3,6 2.9,6.0,3 = 0,9563 (W/m.0C) Trong đó: λ HA = 0,17 (W/m.0C) suất dẫn nhiệt cách điện dây quấn HA b = (mm) chiều dài dây quấn HA b ' = 9,6 (mm) chiều dài cách điện dây quấn HA a ' = 3,6 (mm) chiều rộng có cách điện dây quấn HA δ HA = 0,3 (mm) bề dày cách điện phía dây HA • Suất dẫn nhiệt trung bình cuộn HA: λbqHA λcdlHA (a ' + a 2cdl ) λtbHA = a 2cdl λbqHA + λcdlHA a ' = 0,9563.0,17(3,6 + 0,2) 0,2.0,9563 + 0,17.3,6 = 0,769 (W/m.0C) Trong đó: λbqHA = 0,9563 (W/m.0C) suất dẫn nhiệt bình quân qui ước HA λcdlHA = 0,17 (W/m.0C) suất dẫn nhiệt cách điện lớp HA a ' = 3,6 (mm) chiều rộng có cách điện dây quấn HA a cdl = 0,2 (mm) cách điện lớp cuộn HA 88 CHƯƠNG 11: TÍNH TỐN NHIỆT MÁY BIẾN ÁP • Nhiệt độ chênh lịng dây quấn với mặt dây quấn HA: q δ θ 02 = HA 10 −3 λtbHA = 2925,8.0,3 −3 10 0,769 = 1,14 (0 C) Trong đó: q = 2925,8 (W/m2) mật độ dòng nhiệt cuộn HA δ HA = 0,3 (mm) bề dày cách điện phía dây HA λtbHA = 0,769 (W/m.0C) suất dẫn nhiệt trung bình cuộn HA Nhiệt độ chênh mặt dây quấn HA dầu: θ d = kq 20, = 0,2.2925,8 0,6 = 24,03 (0C) Trong đó: k = 0,2 hệ số q = 2925,8 (W/m2) mật độ dịng nhiệt dây quấn HA • Nhiệt độ chênh trung bình dây quấn HA dầu: θ 0.dtb = θ d + θ 02 = 24,03 + 1,14 = 25,17 (0C) Trong đó: θ d = 24,03 nhiệt độ chênh mặt dây quấn HA dầu θ 02 = 1,14 nhiệt độ chênh lịng dây quấn với mặt ngồi dây quấn HA • Nhiệt độ dây quấn HA – Khơng khí: θ 0.k = θ 0.dtb + θ d' k = 25,17 + 38,28 = 63,45 (0C) Trong đó: θ 0.dtb = 25,17 nhiệt độ chênh trung bình dây quấn HA dầu θ d' k = 38,28 nhiệt độ chênh dầu so với khơng khí b Tính tốn nhiệt cuộn CA: • Bề mặt tản nhiệt cuộn CA: M CA = k (CV N + 4.ntdlCA htdlCA + 2.a cvtdxqCA ntdlCA + CVT ).h1t 10 −6 = 0,75(1259,03 + 4.0.0 + 2.1147,6.1 + 1036,17).356,8.10 −6 = 1,23 (m2) Trong đó: k = 0,75 hệ số kể đến che khuất 89 CHƯƠNG 11: TÍNH TỐN NHIỆT MÁY BIẾN ÁP CV N = 1259,03 (mm) chu vi cuộn CA ntdlCA = số lần thông dầu lưng cuộn CA htdlCA = (mm) bề rộng thông dầu lưng CA a cvtdxqCA = 1147,6 (mm) chu vi thông dầu xung quanh CA CVT = 1036,17 (mm) chu vi cuộn CA ntdlCA = số lần thông dầu xung quanh cuộn CA h1t = 356,8 (mm) chiều cao cuộn CA • Tổng bề mặt tản nhiệt cuộn CA: ∑ M CA = t.M CA = 3.1,23 = 3,69 (m2) Trong đó: t = số trụ tác dụng M HA = 1,23 (m ) bề mặt tản nhiệt cuộn CA • Mật độ dịng nhiệt cuộn CA: q1 = = ( PCu1 + Pr1 ).k f ∑ M1 (4847,4 + 3,9).1,009 3,69 = 1324 (W/m ) Trong đó: PCu1 = 4847,4 (W) tổn hao dây quấn CA Pr1 = 3,9 (W) tổn hao mối CA k f = 1,009 hệ số ảnh hưởng tổn hao phụ cuộn CA ∑ M = 3,69 (m ) tổng bề mặt tản nhiệt cuộn CA • Suất tổn hao đơn vị thể tích cuộn CA: pCA = = 1,68.Δ21 a (a ' + λCA ).a ' 1,68.3,22 2.2,12 10 (2,12 + 0,25).2,17 = 152224,54 (W/m3) Trong đó: Δ = 3,22 (A/m2) mật độ dòng điện cuộn CA a = 2,12 (mm) đường kính dây quấn CA a ' = 2,17 (mm) đường kính dây quấn CA có cách điện λCA = 0,25 (W/m.0C) suất dẫn nhiệt cách điện dây quấn CA • Hệ số α : a' − a α= a 90 CHƯƠNG 11: TÍNH TỐN NHIỆT MÁY BIẾN ÁP = 2,17 − 2,12 2,12 = 0,024 Trong đó: a ' = 2,17 (mm) đường kính dây quấn CA có cách điện a = 2,12 (mm) đường kính dây quấn CA • Suất dẫn nhiệt bình qn qui ước cuộn CA: λCA λbqCA = 0,7 α = 0,25 0,7 0,024 = 2,3 (W/m.0C) Trong đó: λCA = 0,25 (W/m.0C) suất dẫn nhiệt cách điện dây quấn α = 0,024 hệ số • Suất dẫn nhiệt trung bình cuộn CA: λbqCA λcdlCA (a ' + a1cdl ) λtbCA = a1cdl λbqCA + λcdlCA a ' = 2,3.0,17.(2,17 + 0,6) 0,6.2,3 + 0,17.2,17 = 0,62 (W/m.0C) Trong đó: λbqCA = 2,3 (W/m.0C) suất dẫn nhiệt bình quân qui ước cuộn CA λcdlCA = 0,17 (W/m.0C) suất dẫn nhiệt cách điện lớp cuộn CA a ' = 2,14 (mm) đường kính dây cuộn CA a1cdl = 0,6 (mm) cách điện lớp cuộn CA • Nhiệt độ chênh lịng dây quấn với mặt dây quấn CA: q δ θ 01 = CA 10 −3 λtbCA = 1324.0,025 −3 10 0,62 = 0,05 (0 C) Trong đó: q1 = 1324 (W/m2) mật độ dòng nhiệt cuộn CA δ CA = 0,025 (mm) bề dày cách điện phía dây CA λtbCA = 0,62 (W/m.0C) suất dẫn nhiệt trung bình cuộn CA • Nhiệt độ chênh mặt dây quấn CA dầu: θ d = kq10,6 = 0,2.1324 0,6 = 14,93 (0C) 91 CHƯƠNG 11: TÍNH TỐN NHIỆT MÁY BIẾN ÁP Trong đó: k = 0,2 hệ số q = 1324 (W/m2) mật độ dòng nhiệt dây quấn CA • Nhiệt độ chênh trung bình dây quấn CA dầu: θ 0.dtb1 = θ 0.d + θ 01 = 14,93 + 0,05 = 14,98 (0C) Trong đó: θ d = 14,93 (0C) nhiệt độ chênh mặt dây quấn CA dầu θ 01 = 0,05 (0C) nhiệt độ chênh lịng dây quấn mặt ngồi dây quấn CA • Nhiệt độ dây quấn CA - Khơng khí: θ 0.k1 = θ 0.dtb1 + θ d' k = 14,98 + 38,28 = 53,21 (0C) Trong đó: θ 0.dtb1 = 14,98 (0C) nhiệt độ chênh trung bình dây quấn CA dầu θ d' k = 38,28 (0C) nhiệt độ chênh dầu so với khơng khí 11.3 Xác định trọng lượng ruột máy, vỏ máy, dầu: a Trọng lượng ruột máy biến áp: Gr = 1,2(GCu1đc + G1r + GCu + G2 r + Gls ) = 1,2.(194,8 + 0,157 + 136,6 + 8,322 + 802,97) = 1371,42 (Kg) Trong đó: 1,2 hệ số kể đến trọng lượng ruột máy tăng thêm GCu1đc = 194,8 (Kg) khối lượng dây quấn CA kể điều chỉnh G1r = 0,157 (Kg) khối lượng mối cuộn CA GCu = 136,6 (Kg) khối lượng dây quấn HA G2 r = 8,322 (Kg) khối lượng mối cuộn HA Gls = 802,97 (Kg) trọng lượng tồn lõi sắt b Thể tích ruột máy biến áp: Vr = Gr γr 1371,42 6000 = 0,228 (m3) = Trong đó: Gr = 1371,42 (Kg) trọng lượng ruột m.b.a γ r = 6000 (Kg/m3) tỷ trọng trung bình ruột máy 92 CHƯƠNG 11: TÍNH TỐN NHIỆT MÁY BIẾN ÁP c Thể tích dầu máy biến áp: • Thể tích dầu thùng máy biến áp: Vt = A.B.hth 10 −9 = 1127,82.505,94.976,8.10 −9 = 0,557 (m3) Trong đó: A = 1127,82 (mm) chiều dài thùng máy biến áp B = 505,94 (mm) chiều rộng thùng máy biến áp hth = 976,8 (mm) chiều cao thùng máy biến áp • Thể tích dầu cánh tản nhiệt: Vdct = H s b.c.N ctn 10 −9 = 780.200.8.84.10 −9 = 0,105 (m3) Trong đó: H s = 780 (mm) chiều cao cánh tản nhiệt b = 200 (mm) bề sâu cánh tản nhiệt c = (mm) rộng khe dầu cánh tản nhiệt N ctn = 84 tổng số cánh tản nhiệt • Thể tích dầu tồn m.b.a: Vd = (Vt + Vdct ) − Vr = (0,557 + 0,105) − 0,228 = 0,434 (m3) Trong đó: Vt = 0,557 (m3) thể tích dầu thùng m.b.a Vdct = 0,105 (m3) thể tích dầu cánh tản nhiệt Vr = 0,228 (m ) thể tích ruột m.b.a 93 TÀI LIỆU THAM KHẢO Thiết kế máy biến áp điện lực : Phan Tử Thụ Nhà xuất khoa học kỹ thuật Thiết kế máy biến áp : Phạm Văn Bình , Lê Văn Doanh Nhà xuất khoa học kỹ thuật Máy điện I, II : Vũ Gia Hanh – Trần Khánh Hà Nhà xuất khoa học kỹ thuật 94