ĐỒ ÁN: "THIẾT KẾ MÁY BIẾN ÁP ĐIỆN LỰC BA PHA 250KVA LÀM MÁT BẰNG KHÔNG KHÍ pdf

TRUỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN BỘ MƠN THIẾT BỊ ĐIỆN  ĐỒ ÁN MƠN THIẾT KẾ MÁY ĐIỆN ĐỀ TÀI : THIẾT KẾ MÁY BIẾN ÁP ĐIỆN LỰC BA PHA 250 KVA LÀM MÁT BẰNG KHƠNG KHÍ 01/ 2010 GVHD : NGUYỄN VĂN ĐỒI NSVTH : N3 Điện1 K1 Lời cảm ơn Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyên văn Đoài Trong suất thời gian vừa qua đã tận tình chỉ bảo để em hoàn thành đề tài này. Em xin cảm ơn tất cả các Thầy, Cô trong khoa Điện đã truyền đạt cho em những kiến thức quý báu trong suốt thời gian vừa qua. Ngoài sự nổ lực của từng cá nhân trong nhóm chúng em còn có sự giúp đỡ của bạn bè. Xin chân thành cảm ơn các bạn. Mặc dù đã cố gắng hết sức nhưng thời gian và khả năng có hạn nên trong quá trình thực hiện luận văn chắc chắn không tránh khỏi những sai sót và nhược điểm. Mong quý Thầy, Cô và các bạn góp ý chỉ bảo, xin chân thành cảm ơn. Một lần nữa xin cảm ơn thầy Nguyễn Văn Đoài cùng tất cả các Thầy, Cô và các bạn. HN tháng 10 năm 2010 Nhóm Sinh Viên Thực Hiện Nhom3_ ĐH ĐIÊN1K1_HaUI GVHD: Th.s Nguyễn Văn Đoài TK MBA Nhóm 3 Điện 1_ K1 HaUI Xuanhiep2509@gmail.com 1/2010 1 1 Đề tài : Thiết kế máy biến áp không khí Dung lượng máy biến áp : S dm = 250 KVA Tổn hao không tải : P o = 600 W Sơ đồ đấu dây : Y/Y o -12 Điện áp ngắn mạch : U n = 5.5% Tổn hao ngắn mạch : P n = 2750W Số pha : m = 3, tần số f=50Hz, U dm =35/0.4KV stt Tên bản vẽ Khổ giấy Số lượng 1 Mặt cắt đứng mặt cắt bằng MBA A3 01 2 Kết cấu MBA A3 01 Phần thuyết minh 1.Tính toán kích thước chủ yếu 2.Tính toán dây quấn CA/HA 3. Tính toán ngắn mạch 4.Tính toán nhiệt, Thiết kế vỏ thùng 5. Thiết kế kết cáu máy biến áp GVHD: Th.s Nguyễn Văn Đoài TK MBA Nhóm 3 Điện 1_ K1 HaUI Xuanhiep2509@gmail.com 1/2010 2 Chƣơng 1: Tổng Quan Về Máy Biến Áp I.Khái Niệm. Máy biến áp là bộ phận quan trọng trong hệ thống điện, biến đổi điện áp này sang điện áp khác. Việc truyền tải điện năng từ nhà máy điện tới hộ tiêu thụ cần tối thiểu 4 đến 5 lần tăng giảm điện áp. Do đó tổng công suất đặt gấp từ 5 đến 8 lần hoặc hơn nữa. Hiệu suất của máy biến áp thường rất lớn (98%-99%). Nhưng vì số lượng máy biến áp nhiều nên tổng tổn hao là rất lớn, do đó tôn cán lạnh được dùng làm mạch từ máy biến áp, khi đó tổn hao công suất (P) và công suất từ hoá(Q) thấp, dẫn đến tổn hao giảm đáng kể. Các bộ phận chính trong máy biến áp: Lõi sắt( mạch từ), dây quấn , hệ thống làm mát và vỏ máy II. Tiêu chuẩn trong việc chế tạo máy biến áp. Một trong những nhiệm vụ của ngành thiết kế máy biến áp là xác định được những yêu cầu riêng cho các máy biến áp. Phản ánh được yêu cầu về vận hành và điều kiện làm việc của nó. Đảm bảo sự phát nóng cho phép, khả năng về quá tải, sơ đồ tổ nối dây, điện áp định mức, điều chỉnh về điện áp, các đặc tính về không tải, ngắn mạch…. Do yêu cầu về mở rộng thang công suất, điện áp và nâng cao chất lượng điện năng cũng như tính năng của máy biến áp nhiều tiêu chuản mới của máy biến áp được đưa ra. Ở đây ta thiết kế máy biến áp có công suất là 250KVA điện áp 35/0.4KV ( làm mát bằng không khí), kiểu trụ. Công Suất Làm lạnh bằng Số pha điện áp 250KVA Không khí 3 35/0.4KV So với tiêu chuẩn cũ thì tiêu chuẩn mới có những yêu cầu cao hơn như: - tổn hao giảm đáng kể. - hiệu suất tăng lên - giảm mức tăng nhiệt độ của dây quấn - mở rộng phạm vi điều chỉnh điện áp dưới tải - tăng cường trang thiết bị máy biến áp kiểm tra chất lượng và bảo quản GVHD: Th.s Nguyễn Văn Đoài TK MBA Nhóm 3 Điện 1_ K1 HaUI Xuanhiep2509@gmail.com 1/2010 3 III. Chọn vật liệu trong việc thiết kế chế tạo máy biến áp. Việc chọn lựa vật liệu thiết kế máy biến áp nhằm mục đích cải thiện các đặc tính của mày biến áp như : - giảm tổn hao năng lượng, kích thước, trọng lượng - đảm bảo độ tin cậy, đảm bảo chất lượng - vật liệu rẻ, dễ kiếm Vật liệu trong máy biến áp thường có 3 loại: - vật liệu tác dụng : dùng để dẫn điện như dây quấn, dẫn từ như lõi thép. - vật liệu cách điện : dùng để cách điện các phần tử trong máy biến áp (như cartong cách điện, sứ, sơn emay, dầu biến áp….). - vật liệu kết cấu : dùng để bảo vệ vả giữ cố định máy biến áp( bulông, xà ép, vỏ máy. Vật liệu quan trọng trong việc thiết kế chế tạo máy biến áp là tôn silic. Lõi thép máy biến áp được dùng chủ yếu là tôn cán nóng dày 0.5mm hoặc tôn cán lạnh dày 0.35mm. Tuy nhiên để giảm suất tổn hao người ta dùng tôn cán lạnh, đồng thời tăng độ từ cảm trong lõi thép lên 1.6 1.65 tesla trong khi tôn cán nóng chỉ tới 1.45 tesla. Do dó suất tổn hao giảm, trọng lượng và kích thước giảm đảm bảo chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật, đặc biệt là chiều cao giảm đáng kể thuận tiện cho di chuyển lắp đặt. Vật liệu quan trọng thứ hai là kim loại làm dây quấn, người ta thường dùng dây quấn làm bằng đồng vì: - điện trở suất nhỏ, dẫn điện tốt, dễ gia công. - đảm bảo độ bền cơ điện tốt… Trong thiết kế MBA có hai loại dây dẫn thường được dùng là đồng và nhôm, mặc dù nhôm có những ưu điểm như rẻ, dễ kiếm, nhẹ nhưng điện trở suất cao hơn, độ bền cơ kém, khó gia công nên người ta chọn đồng làm dây quấn Về vật liệu cách điện thông thường người ta dùng dây quấn cách điện bọc bằng giấy cáp. Ở đây theo yêu cầu thiết kế ta dùng cấp cách điện B. Tuy nhiên nhiệt độ cho phép của dây quấn máy biến áp được quyết định không chỉ ở cấp cách điện của mày biến áp mà còn phụ thuộc nhiệt độ cho phép của không khí làm mát biến áp. Người ta thường dung sơn emay do mỏng hơn, cách điện tốt hơn, độ bền cơ và tính chịu nhiệt cũng tốt hơn giấy cáp tuy nhiên giá thành cao hơn. GVHD: Th.s Nguyễn Văn Đoài TK MBA Nhóm 3 Điện 1_ K1 HaUI Xuanhiep2509@gmail.com 1/2010 4 IV. Chọn kết cấu chính cho máy biến áp. MBA gồm những bộ phận chính sau: lõi thép( mạch từ), dây quấn, hệ thống làm mát và vỏ máy 1.Lõi thép và kết cấu: Trong MBA lõi thép dùng làm mạch dẫn từ và khung cho dây quấn, lõi thép được ghép những lá thép bằng xà ép hoặc bulong tạo thành bộ khung cho máy biến áp, tren nó còn bắt các đầu dây dẫn ra nối với các sứ xuyên hoặc giá đỡ nắp máy: Hình 1. Mạch từ MBA Lõi sắt gồm hai phần : Trụ T và Gông G Trụ là phần lõi sắt có lồng dây quấn , gông là phần lõi sắt không lồng dây quấn dùng để khép kín mạch từ giưa các mạch từ với nhau. Thường phân lõi sắt theo sự sắp xếp tương đối giữa trụ gông và dây quấn. GVHD: Th.s Nguyễn Văn Đoài TK MBA Nhóm 3 Điện 1_ K1 HaUI Xuanhiep2509@gmail.com 1/2010 5 a/Lõi sắt kiểu trụ : Ở đây dây quấn ôm lấy trụ sắt. Gông từ không bao lấy mặt ngoài của dây quấn. Trụ sắt thường để đứng, tiết diện gồm nhiều bậc thang nên đường bao gần hình tròn và dây quấn thành hình trụ tròn. Kết cấu đơn giản chịu được ứng suất do lực điện động gây ra tốt. Hình2. Lõi sắt của MBA 3 pha dây quấn kiểu trụ 1- Gông 2- Trụ 3- Tiết diện trụ 1 3 2 GVHD: Th.s Nguyễn Văn Đoài TK MBA Nhóm 3 Điện 1_ K1 HaUI Xuanhiep2509@gmail.com 1/2010 6 b/Lõi sắt kiểu bọc: Gông trụ bọc ngoài dây quấn, trụ thường để nằm ngang , tiết diện trụ hình chũ nhật. Ưu điểm là máy biến áp không cao nên vận chuyển dễ dàng. Ở kiều này dây quấn CA và HA thường quấn xen kẽ nhau nên chống sét tốt. Nhược điểm là khó chế tạo hơn, độ bền cơ học kém ( các lực tác dụng lên dây quấn không đều , tốn nguyên liệu Hình 3. Lõi sắ MBA 3 pha kiểu bọc 1- Trụ 2- Gông 3- Dây quấn Ngoài ra người ta còn thiết kế kiểu lõi sắt trung gian giữa kiểu trụ và kiểu bọc gọi là trụ-bọc. c/Theo phương pháp ghép trụ và gông có thể chia lõi sắt thành 2 kiểu: Lõi ghép nối và ghép nối xen kẽ. + Ghép nối: Gông và trụ ghép riêng rồi được nối lại với nhau nên không bảo đảm tiếp xúc tốt giữa trụ và gông , do đó tổn hao không tải và tổn hao dòng điện lớn vì vậy kiểu này ít dùng Hình 4. Ghép nối 1 2 3 GVHD: Th.s Nguyễn Văn Đoài TK MBA Nhóm 3 Điện 1_ K1 HaUI Xuanhiep2509@gmail.com 1/2010 7 + Ghép xen kẽ : từng lá thép của trụ và gông được ghép xen kẽ theo vị trí 1 và 2 sau đó dung bu lông hoặc xà ép bắt chặt lại. Phương pháp này dễ chế tạo, kết cấu vững chắc, ít tổn hao nên thường dùng. Hình 5. Lượt 1 Lượt 2 2. Dây quấn Dây quấn MBA là bộ phận thu nhân năng lượng vào và truyền tải năng lượng đi. Trong MBA hai dây quấn cuộn cao áp nối với điện áp cao, cuộn hạ áp nối với điện áp thấp. Theo phương pháp bố trí dây quấn người ta chia thành hai kiểu dây quấn chính: loại đồng tâm và xen kẽ a/ Loại đồng tâm: Dây quấn cao áp và hạ áp là những hình ống đặt đồng tâm với nhau thường thì có chiều cao bằng nhau. Khi bố trí dây thì cuộn hạ áp đặt trong cùng cuộn cao áp đặt ngoài cùng, làm như vậy dễ điều chỉnh cấp điện áp và giảm kích thước rãnh cách điện giữa các cuộn dây và cuộn dây với lõi sắt b/ Loại xen kẽ: Dây CA và HA được quấn thành hình bánh có chiều cao khác nhau và quấn xen kẽ nhau. Ngoài ra dây quấn phụ thuộc vào hình dáng, tiết diện cuộn dây chia làm hai loại: dây quấn tròn và hình chữ nhật. Hình 6. a) dây quấn đồng tâm b)dây quấn xen kẽ HA CA a) HA CA b) GVHD: Th.s Nguyễn Văn Đoài TK MBA Nhóm 3 Điện 1_ K1 HaUI Xuanhiep2509@gmail.com 1/2010 8 3. Hệ thống làm mát. Khi MBA làm việc , lõi sắt và dây quấn đều có tổn hao dẫn đến MBA phát nóng. Muôna làm việc lâu dài và tăng tuổi thọ cho MBA phải giảm nhiệt độ xuống. Có thể làm nguội bằng không khí tự nhiên hoặc dầu máy biến áp, với loại công suất nhỏ người ta thường làm mát bằng không khí ( loại >1000KVA làm mát bằng dầu). Đề tài này chúng ta thiềt kế máy biến áp công suất nhỏ (250KVA) làm mát bằng không khí. V. Mục đích, nhiệm vụ và yêu cầu thiết kế. Nhiệm vụ chung của người thiết kế máy biến áp là căn cứ vào dung lưọng điện áp và đặc tính đã cho ban đầu. Thì kết quả phải đảm bảo chắc điện, cơ, đặc tính kĩ thuật, độ tin cậy, dễ sản xuất, rẻ tiển phù hợp với sản xuất MBA ở Việt Nam. Thực tế cho thấy rằng những số liệu ban đầu có thể có được những quan hệ khác nhau về kích thước chính của MBA, tải điện từ, giá thành, trọng lượng máy…Do đó cần phương án để lựa chọn một phương án đảm bảo yêu cầu đã cho. Như vậy công việc thiết kế thường qua ba giai đoạn: 1. Nhiệm vụ kĩ thuật: Chủ yếu định rõ hình dáng máy biến áp như kết cấu, phương pháp làm mát. Ở đây ta thiết kế MBA không khi công suất 250KVA - 35/0.4KV - 50Hz vì vậy nhiệm vụ thiết kế phải đảm bảo tính kinh tế, độ ổn định, độ tin cậy MBA. 2. Tính toán điện từ: Thường qua một số bước chủ yếu sau đây: - Tính toán kích thước chủ yếu - Thiết kế cuộn dây, các kết cấu cách điện của chúng - Tính toán kiểm nghiệm các đặc tính về điện, từ. - Tính toàn cụ thể lõi sắt - Tính toán nhiệt và thiết kế vỏ máy 3. Thiết kế thi công. - Tính toán và vẽ đầy đủ chi tiết kết cấu MBA - Tính toán kinh tế về sản phẩm chế tạo - Thiết kế MBA được tiến hành qua các bước như sau: a/ Xác định các đại lượng cơ bản: + Tính dòng điện, điện áp pha của các cuộn dây. + Xác định điện áp thử của dây quấn. + Xác định các thành phần của điện áp ngắn mạch [...]... suất mỗi pha máy biến áp ba pha Sf = Sdm/m Trong đó Sdm =250KVA, m=3 Vậy ta có cơng suất mỗi pha là: Sf =250/3 =83,33KVA 2 Cơng suất mỗi trụ MBA S’ =S/t Trong đó t =3 là số trụ tác dụng của MBA: => S’= 250/3=83.33 KVA 3 Các dòng điện định mức a/ Dòng hạ áp: I1= S 250 3.U 1dm 3.0.4 360,85( A) U1dm=0,4KV : điện áp phía hạ áp b/Dòng cao áp I2= S 3.U 2 dm 250 3.35 4,12( A) 4 Điện áp pha Bên cao áp: Uf2=... thiết kế MBA các thơng số kĩ thuật theo tiêu chuẩn Việt Nam( TCVN): Theo TCVN ta thiết kế MBA khơng khí 3 pha có số liệu ban đầu như sau: Dung lượng máy biến áp : Tổn hao khơng tải : Sơ đồ đấu dây : Điện áp ngắn mạch : Tổn hao ngắn mạch : Số pha : Cấp cách điện : Chế độ làm việc liên tục Làm mát bằng khơng khí Chế độ làm việc ngồi trời II Sdm = 250 KVA Po = 600 W Y/Yo-12 Un = 5.5% Pn = 2750W m = 3, tần... hao ngắn mạch + Tính tốn điện áp ngắn mạch + Tính tốn lực cơ của dây quấn khi MBA bi ngắn mạch e/ Tính tốn về mạch từ tham số khơng tải + Xác định kích thước cụ thể của máy biến áp + Xác định tổn hao khơng tải, dòng điện khơng tải và hiệu suất của máy biến áp f/ Tính tốn nhiệt hệ thống làm mát MBA + Khái niệm về hệ thống làm mát + Tính tốn độ chênh nhiệt + Tính tốn nhiệt MBA g/ Tính tốn các chi tiết... Điện 1_ K1 HaUI Xuanhiep2509@gmail.com 9 1/2010 GVHD: Th.s Nguyễn Văn Đồi TK MBA CHƢƠNG 2 TÍNH TỐN KÍCH THƢỚC CHỦ YẾU CỦA MÁY BIẾN ÁP I Các thơng số kĩ thuật ban đầu Việc thiết kế MBA ln ln đảm bảo bốn thơng số quan trọng trong pham vi cho phép ở điều kiện làm việc lưới điện Việt Nam Trong phạm vi cho phép việc thiết kế MBA các thơng số kĩ thuật theo tiêu chuẩn Việt Nam( TCVN): Theo TCVN ta thiết kế. .. thiết kế việ lựa chọn vật liệu tác dụng cũng như vật liệu cách điện vật liệu dây dẫn, vật liệu kết cấu mạch từ, vật liệu kết cấu mạch từ… có ảnh hưởng đến tính năng MBA, hiệu suất máy Các vật liệu dùng đẻ chế tạo MBA gồm có: o Thép kĩ thuật điện dẫn từ Nhóm 3 Điện 1_ K1 HaUI Xuanhiep2509@gmail.com 12 1/2010 GVHD: Th.s Nguyễn Văn Đồi TK MBA o Đồng hay nhơm dùng làm dây quấn o Thép làm thùng, vỏ máy o... ).103 ( đồng ) Cakt : là hệ số đánh về giá thành , vật tư cho chi phí sản xuất a) nh hưởng của hệ số dạng : Việc chọn lựa hình dáng máy biến áp phụ thuộc vào hệ số hình dạng Trò số 1 thường biến thiên trong phạm vi rất rộng nằm trong khoảng từ 3,5 và nó ảnh hưởng rất rõ tới đặc tính kỹ thuật và kinh tế của máy biến áp + nhỏ : Máy biến áp gầy và cao : sắt ít , đồng nhiều, … + lớn : Máy biến áp thấp... được bắt chặt bằng ốc vít hoặc xà ép 450 Hình 12 Mối nối tù của thép cán lạnh Nhóm 3 Điện 1_ K1 HaUI Xuanhiep2509@gmail.com 16 1/2010 GVHD: Th.s Nguyễn Văn Đồi TK MBA 5 Cách phân bố cuộn dây MBA theo hình dáng mạch từ Trong q trình thiết kế máy biến áp ta có thể bố trí cuộng dây theo hai loại như sau: Đồng trục đơn giản, đồng trục phân tán, đồng trục xen kẽ, dây quấn xen kẽ o Dây quấn đồng trục: Dây... từ này chịu lực kém nên ít được dùng trong truyền tải điện lực Hình 10 Dạng mạch từ kiểu bọc Ưu điểm: Dễ chế tạo, tiết kiệm trọng lượng thép, ứng dụng với MBA cơng suất vừa và nhỏ Nhóm 3 Điện 1_ K1 HaUI Xuanhiep2509@gmail.com 15 1/2010 GVHD: Th.s Nguyễn Văn Đồi TK MBA Nhược điểm: Chiều cao mạch từ lớn khó di chuyển, chịu lực kém Với đề tài thiết kế này ta chọn mạch từ ba pha kiểu trụ loại ba trụ 3 Chọn... với điện áp đặt vào cuộn sơ cấp Un sao cho dòng điện đi qua dây quấn đạt giá trị định mức, khi đó cơng suất tổn hao Pn được coi là tổn hao đồng trong dây quấn MBA , Pn ảnh hưởng đến hiệu suất của MBA + Pn lớn thì hiệu suất của MBA giảm và ngược lại tuy nhiên trọng lượng đồng tăng làm giá thành tăng (1 P0 Pdm Pn P0 Pn ) 100 % 2/Tổn hao khơng tải Po Trong thí nghiệm khơng tải phía sơ cấp đặt điện áp định... 3/ Điện áp ngắn mạch Un Điện áp ngắn mạch Un là đại lượng đặc trưng của điện trở và điện kháng tản của dây MBA Un% = Un x100 U dm I dm Z n 100 U dm Ảnh hưởng của Un% đến tính năng kinh tế: - Khi Un% lớn thì dòng điện ngắn mạch Inm nhỏ nhưng trọng lượng dây quấn đồng tăng nên giá thành tăng - Khi Un% nhỏ thì dòng ngắn mạch Inm lớn gây nóng ảnh hưởng đến cách điện - Thơng thường Un= 5.5 - 10% 4/ Dòng điện . đưa ra. Ở đây ta thiết kế máy biến áp có công suất là 250KVA điện áp 35/0.4KV ( làm mát bằng không khí) , kiểu trụ. Công Suất Làm lạnh bằng Số pha điện áp 250KVA Không khí 3 35/0.4KV So. NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN BỘ MƠN THIẾT BỊ ĐIỆN  ĐỒ ÁN MƠN THIẾT KẾ MÁY ĐIỆN ĐỀ TÀI : THIẾT KẾ MÁY BIẾN ÁP ĐIỆN LỰC BA PHA 250 KVA LÀM MÁT BẰNG KHƠNG KHÍ . bằng không khí tự nhiên hoặc dầu máy biến áp, với loại công suất nhỏ người ta thường làm mát bằng không khí ( loại >1000KVA làm mát bằng dầu). Đề tài này chúng ta thiềt kế máy biến áp công