Tính toán kích thước chủ yếu của máy biến áp Điện lực ngâm dầu có thông số.

Báo cáo thực tập: Tính toán kích thước chủ yếu của máy biến áp Điện lực ngâm dầu có thông số.

Lời nói đầu

Trong những năm gần đây, các máy biến áp điện lực có vai trò ngày càngquan trọng trong quá trình phân phối và truyền tải năng lợng điện, vì trên thực

tế các nhà máy sản xuất điện thờng ở những nơi thuận lợi cho việc xây dựngnhà máy sản xuất điện nh Sông Đà (Hoà Bình), Thác Ya- li, Sơn La…,hoặc,hoặc

có thể xuất khẩu điện năng sang các nớc lân cận, chứ không thuận tiện choviệc tiêu thụ điện năng mà những nơi tiêu thụ điện năng nh hộ tiêu dùng điện,các nhà máy sản xuất, các khu công nghiệp lại thờng ở rất xa Để sử dụng tối

đa năng lợng điện đã sản xuất ra ngời ta phải đề ra giải pháp truyền tải điệnnăng đi xa, đồng thời cũng tránh sự mất mát năng lợng điện trong quá trìnhtruyền tải thì biện pháp nâng cao điện áp ở đầu đờng truyền tải là có hiệu quả

và có tính khả thi nhất Và đến nơi tiêu thụ lại phải có biện pháp hạ thấp điện

áp phù hợp với yêu cầu sử dụng

Vì vậy, nhiệm vụ thiết kế các loại máy biến áp điện lực là hết sức cầnthiết Ngày nay, các máy biến áp điện lực của nớc ta cũng nh của nhiều nớctrên thế giới đã đợc chế tạo theo những tiêu chuẩn thích hợp hơn, có nhữngthông số kỹ thật cao hơn trớc đây rất nhiều Cho nên những tính toán thiết kếdới đây chỉ mang tính “Thiết kế môn học” với trình tự tính toán thiết kế mộtmáy biến áp đơn chiếc với thông số máy biến áp do giáo viên hớng dẫn mônhọc đề ra

Đề:Tính toán kích thớc chủ yếu của máy biến áp điện lực ngâm dầu có thông số:

un% =5

Tổ nối dây D/Y0-11

Đợc sự giúp đỡ của các thầy cô trong bộ môn Thiết bị điện,đặc biệt là sựhớng dẫn tận tình của thầy Bùi Đức Hùng em đã hoàn thành đồ án của mình.Qua bản đồ án môn học này đã giúp em hiểu và làm quen với công việcthiết kế Mba nói riêng và máy điện nói chung Mặc dù đã rất cố gắng trongquá trình thiết kế nhng chắc chắn không tránh khỏi những sai sót , em mongcác thầy, cô cùng các bạn đóng góp những ý kiến xây dựng

Em xin chân thành cảm ơn

Hà nội Ngày 14.11.2006 Sinh viên

Lê Thị Thu Hơng

Mục lục Chơng I: Mở đầu …,hoặc…,hoặc…,hoặc…,hoặc…,hoặc…,hoặc…,hoặc…,hoặc…,hoặc…,hoặc…,hoặc…,hoặc…,hoặc…,hoặc…,hoặc…,hoặc 3 Chơng II: Tính toán các kích thớc chủ yếu …,hoặc…,hoặc…,hoặc…,hoặc…,hoặc 4 Chơng III: Tính toán dây quấn …,hoặc…,hoặc…,hoặc…,hoặc…,hoặc…,hoặc…,hoặc…,hoặc…,hoặc…,hoặc 9 Chơng IV: Tính toán các tham số ngắn mạch …,hoặc…,hoặc…,hoặc…,hoặc…,hoặc 14 Chơng V: Tính toán cuối cùng về hệ thống mạch từ …,hoặc…,hoặc 18 Chơng VI: Tính tổn hao và dòng điện không tải …,hoặc…,hoặc…,hoặc…,hoặc 20 Chơng VII: Tính toán nhiệt …,hoặc…,hoặc…,hoặc…,hoặc…,hoặc…,hoặc…,hoặc…,hoặc…,hoặc…,hoặc…,hoặc…,hoặc 22

Chơng VIII: Trình tự tính toán thùng có ống …,hoặc…,hoặc…,hoặc…,hoặc…,hoặc 25 Chơng IX:Tính toán cuối cùng nhiệt độ chênh của dây

quấn …,hoặc…,hoặc…,hoặc…,hoặc…,hoặc…,hoặc…,hoặc…,hoặc…,hoặc…,hoặc…,hoặc…,hoặc…,hoặc…,hoặc…,hoặc…,hoặc…,hoặc…,hoặc…,hoặc…,hoặc 27

ChơngI: mở đầu

I giới thiệu chung về máy biến áp ngâm dầu

Máy biến áp điện lực đóng một vai trì quan trọng trong hệ thống điện

Đó là một phần không thể thiếu trong việc truỳên tải điện năng Để tải điệnnăng đi xa từ nhà máy điện đến hộ tiêu thụ trong các hệ thống điện hiện naycần phải có tối thiểu bốn đến năm lần tăng giảm điện áp

Cùng với sự phát triển của khoa học kĩ thuật, nền công nghiệp chế tạomáy biến áp hiện nay có những phát triển mới đáng kể Càng ngày máy biến

áp càng đợc nâng cao hơn hiệu suất, giảm tổn hao, tăng hiệu quả kinh tế đápứng nhu cầu của con ngời

Để đáp ứng nhu cầu và nâng cao hiệu quả kinh tế hiện nay trong ngànhchế tạo máy biến áp ngời ta dùng chủ yếu là thép cán lạnh có suất tổn hao vàcông suất từ hóa thấp hay đặc biệt thấp

I Nhiệm vụ thiết kế

Nhiệm vụ thiết kế máy biến áp là đơn chiếc.Thoả mãn những số liệusau đây:

1 Công suất toàn phần mba S=1000(kVA)

2 Số pha m=3.

3 Tần số f=50hz

4 Điện áp định mức HA:U2=0,4kv và CA:U1=15kv số cấp và phạm vi

điều chỉnh 2*2,5%.±2*2,5%

5 Sơ đồ và tổ nối dây quấn DY0-11

6 Phơng pháp làm nguội mba là ngâm dầu

7 Đặc điểm của tải dài hạn

8 Đặc điểm của thiết bị đặt trong nhà

38,49 3

1 I 1

If    A

) ( 38 , 1443

4 , 0 3

1

U ù   

5 Điện áp thử của các dây quấn

Dây quấn HA: Uth1=5kV

Dây quấn CA:Uth2= 45kV.

II Chọn các số liệu xuất phát và tính các kích thớc chủ yếu

1 Chiều rộng quy đổi của rãnh từ tản giữa dây quấn HA và CA với

Uth2=45kV,theo bảng 19 ta có a12=20mm,ð12=4mm.Trong rãnh a12đặtống cách điện dày ð12=4mm theo (2-36)và bảng12:

) ( 0214 , 0 10 33 , 333 5 0 10 ' 3

2 4

2 4

13000 10



S n P nr

U

(%) 83 , 4 3 1 5

4 Chọn tôn cán lạnh mã hiệu M4X có chiều dày 0,28mm

Theo bảng 11: ta chọn từ cảm trong trụ Bt=1,55T

Theo bảng 6:

Cách ép trụ :bằng đai thuỷ tinh

Cách ép gông: bằng xà, đai ép bán nguyệt

Hình dáng tiết diện gông số bậc ít hơn trụ 2 bậc.

t B

Bảng19: dây quấn HA và CA: a12=20mm

ống cách điện giữa CA và HA: ð12=4mm

giữa các dây quấn CA và CA: a22=18mm tấm chắn giữa các pha: ð22=2mm

giữa dây quấn CA đến gông: l’0=50mm

phần đầu thừa của ống cách điện: l’02=50mm

95 , 0 0405 , 0 33 , 333

507 , 0 2 2

'.

507 ,

2 2



ld k t B Ux U f

r k r a S A

Theo (2-43):

A1=5,663.104.A3.kld.a=5,663 104.0,20823.0,8816.1,4=630,8(kg)

Theo(2-44):

A2=3,605 104.A2.kld.l0=3,605 104.0,20822.0,8816.0,05=68,89(kg).Theo (2-49a):

=35,72(kg)

Theo (2-56b):

) ( 52 , 503 3 , 1 55 , 1 2082 , 0 8816 , 0 91 , 0

4 , 1 1000

10 46 , 2

2 2 2

2

nr U t B A ld k f

k

a S dq

k

Diện tích khe hở ở mối nối nghiêng T k'  2 T t

Trọng lợng một góc của lõi theo(2-66c):

8 Đờng kính trụ sắt

) ( 2423 , 0

4 835 1 ,

2082 , 0

d



Với giá trị  này trọng lợng dây quấn Gdq=378,8972kg, trọng lợng lõisắt Gfe=1321,9256kg, tổn hao dòng không tải P0=1627,6233w, giá thành vậtliệu tác dụng C’td = 2201,3459 lớn hơn giá thành cực tiểu lúc min là 0,7034không đến 1%

9 Đờng kính trung bình của rãnh dầu sơ bộ theo (2 - 41)

d12=a.d=1,4.0,24=0,366(m)

10 Chiều cao dây quấn sơ bộ

) ( 5977 , 0 766 , 1

336 , 0 12

24 , 0 95 , 0 928 , 0 4

2

d k

t



Chơngiii: Tính toán dây quấn

1

v U f U v U

t U

3 Mật độ dòng điện trung bình

) / ( 57 , 3 10 , 336 , 0 1000

588 , 13 13000 91 , 0 746 , 0 12

746 ,

d S v U n P f k



4 Tiết diện vòng dây sơ bộ(3-10)

) 2 ( 3 , 404 6 10 6 10 57 , 3

38 , 1443 6

10

1 1

Theo bảng 38 với S=1000kVA,Tt=1443,38A;U1=400V;T’1=404,3mm2

ta chọn kiểu dây quấn hình xoắn mạch kép dây dẫn chữ

nhật, số sợi chập song song 4 đến 12-16 và lớn hơn Số đệm cách điện giữa

các bánh dây là 8(bảng30) Bề rộng tấm đệm bn=40mm

Theo Bảng 54a:-Chiều cao rãnh dầu ngang hr1=5mm

5 Chiều cao hớng trục của mỗivòng dây.(3-19)

mm m

r

h w

l v

h 0 , 005 0 , 0282 ( ) 28 , 2

1 17

5977 , 0 1 1

80 , 11 50 , 4 8

7 Tiết diện mỗi vòng dây T1 = 8.52,2 = 417,6(mm2)

8 Chiều cao thực mỗi vòng dây hv1=2.12,3 + 5 = 29,6(mm)

9 Mật độ dòng địên thực của dây quấn HA

3 , 456 ( / )

6 , 417

6 10 38 ,

a n

16.Bề mặt làm lạnh của dây quấn

Với dây quấn hình xoắn kép có rãnh dầu ở giữa tất cả các bánh dây

Dây quấn hoán vị phân bố đều tại 8 chỗ theo chiều cao dây quấn.Hoán

vị đầu tiên sau vòng thứ nhất,hoán vị thứ hai cách 2 vòng tức ở vòng thứ ba, hoán vị thứ 8 sau vòng thứ 15

II Dây quấn cao áp

1 Số vòng dây của dây quấn cao áp ứng với điện áp định mức

) ( 1104 896

, 1103 231

15000 17 1

2

f U f U w dm

Cấp: 15000V W2=1104 +0.28 =1104(vòng) Cấp: 14625V W2=1104 - 1.28=1076(vòng) Cấp: 14250V W2=1104 - 2.28=1048(vòng)

4 Mật độ dòng điện sơ bộ

2= 2 tb - 1= 2.3,57 - 3,456 = 3,684(MA/m2)

5 Tiết diện sơ bộ vòng dây

) ( 03 , 6 6 10 684 , 3

22 , 22 6

10 2

2 '

7 Chiều rộng hớng kính cuả toàn bộ dây quấn

Theo (2-72):Lấy kcd=0,92

m m

cd k l

T W

92 , 0 609 , 0

6 10 03 , 6 1104

2

6 10 2



Kiểm tra điều kiện toả nhiệt cho phép:

0077 , 0 10 10 12 10 2 684 , 0 107

75 , 0 1500 10

10 2

10 10



k q

Gi÷a c¸c tæ líp bè trÝ r·nh dÇu däc cã bÒ réngr·nh dÇu b»ng 0,01.l2=0,01.0,609=0,0061m

8 Chän kÝch thíc d©y dÉn

Tra b¶ng 21: chän d©y dÉn ch÷ nhËt m· hiÖu

09 , 6

; 0 , 5 9 , 1

5 , 4 4 , 1 1

22 , 22 2

1

3 10 609 , 0 1 3 10 ' 12

Pcu1 = 2,4.10-12.2.Gcu2 =2,4.10-12.3,6842.1012 216,19 =7041,84 (w)4.Tæn hao phô

Trong d©y quÊn h¹ ¸p:

Kf1 =1+ 0,095.108.2.a4.n2 (theo 4-10b)

625 , 0 95 , 0 610

2 17 8 , 11

.

m b

Kf1= 1+ 0,095.108.0,6252.4,54.10-12.42

=1,024

Trong d©y quÊn cao ¸p:

Kf2 =1+ 0,095.108.2.a4.n2 (theo 4-10b)

848 , 0 95 , 0 610

121 5 , 4

.

m b

Kf2= 1+ 0,095.108.0,8482.1,44.10-12.102

=1,003

5.Tæn hao chÝnh trong d©y dÉn ra

§èi víi d©y h¹ ¸p:

ChiÒu dµi d©y dÉn ra theo( 4-14)

§èi víi d©y dÉn cao ¸p:

ChiÒu dµi d©y dÉn ra theo( 4-14)

3 , 12924

02 , 0 0123 , 0 (

75 , 0

10 91 , 0 5 , 0 38 , 1443 10 456 , 3 107 10

) '

.(

.

.

107

2 10

6 10

k a b

k

f k b W

4 , 1 3 10 5 , 4 10 10 75 , 0

107

2 ' 10 10

m W f

k a

a b k

(%) 292 , 1 1000 10

3 , 12924

10  



S n P nr

U

2.Thµnh phÇn ph¶n kh¸ng

Theo (4-23):

(%) 2

1 10 '.

9 , 7

v U r k r a S f nx

U



73 , 1 61 , 0

336 , 0 12

) ( 03719 , 0 3

03158 , 0 02 , 0 02 , 0 3

2 1

a

) ( 0368 , 0 61

, 0 0305 , 0 02 , 0 02 , 0

2 1

l

a a a

, 13

73 , 1 10 9632 , 0 03719 , 0 33 , 333 50 9 , 7

% 100 5

77 , 4 5

100 1 [

100

n n dm n

dm n

S U S U

I I





Tra b¶ng 40b cã Sn=2500(MVA)

) ( 95 , 461 )]

1000 2500 77 , 4 /(

1000 100 1 [

77 , 4

22 , 22 100

95 , 461 2 ) / 1 (

2

U nr U e n I

3.Lùc híng kÝnh theo(4-31)

) ( 1083375 10

9632 , 0 73 , 1 ) 1104 64 , 921 (

628 , 0 10 ) (

4.øng suÊt nÐn trong d©y quÊn

Víi d©y quÊn h¹ ¸p

Theo (4-38)

) ( 49 172424

2

1083375

6 , 417 17

10 49 , 172424

10

6

6 6

MPa w

(%) 96 , 80 30

09 , 6 1104 2

10 1083375

, 0 2

03667 , 0 1083375

2

l

a F

r

6.ứng suất do lực chiều trục gây nên

Lực chiều trục chủ yếu là lực nén, nó làm hỏng những miếng đệm cách

điện giữa các vòng dây

Fn = F’t = 32563,4

n =

b a n

10

10 4 , 32563





= 3,392 MPa

Đạt tiêu chuẩn :

n < 18  20 Mpa với S = 1000 kVA

Trong đó: +n : Số miếng đệm theo chu vi vòng tròn dây quấn, n=8(Bảng 30)

+a, b:kích thớc miếng đệm

Chọn + Bề rộng tấm đệm b = 40 (mm)

+ Bề rộng tấm đệm a = 30(mm)

Chơng5:

Tính tổn hao và dòng điện không tải

1.Lõi thép làm bằng tôn cán lạnh mã hiệu M4X dày 0,28mm do đó trị

số tự cảm trong trụ sắt và gông là:

) ( 538 , 1 0398 , 0 44 , 4

10 588 , 13

44 , 4

10

T T

0398 , 0 538 , 1

T

T B

B

g

t t

Tiết diện khe hở không khí mối nối nghiêng bằng

) ( 088 , 1 )

( 0563 , 0 0398 , 0

T B

Theo bảng 50 ta tìm đợc suất từ hoá

Với Bt=1,538T thì qt=1,208(VA/kg); qkt=23040(VA/m2)

6.Thành phần phản kháng của dòng điện không tải

(%) 222 , 0 1000 10

28 , 2221

29 , 1661 100

2 2 0

0  i x i or   

i

Trị số dòng điện không tải của dây quấn hạ áp tơng ứng

) ( 2 , 3 100

222 , 0 38 , 1443

) ( 396 , 2 100

166 , 0 38 , 1443

) ( 998 , 3 100

277 , 0 38 , 1443

9.Hiệu suất máy biến áp khi tải định mức

(%) 56 , 98 100 ).

3 , 12924 29

, 1661 1000000

3 , 12924 29

, 1661 1

( 100 ).

n P P P

P P



ChơngVii : Tính toán nhiệt

A.Tính toán nhiệt của dây quấn :

1 Nhiệt độ chênh trong lòng dây quấn hay lõi sắt với mặt ngoài của nó:

-Dây quấn HA: dây chữ nhật :

cd 0

q

) a ' b ( k

k I 107

10 25 , 0 5 ,

17 , 0

10 25 , 0 2 , 584

2 1 1

0  k k k 0 , 35 q

Trong đó : +k1  1 , 0 khi làm lạnh tự nhiên bằng dầu

+k 2  1 , 1 đối với dây quấn trong (HA) +k3  0 , 8 (Bảng 55) khi hr/a 5 / 20  0 , 25

k

d

0 6

, 0 6

, 0 2 2

0   0 , 285 584 , 2  13 , 025



3 Nhiệt độ chênh trung bình của dây quấn đối với dầu :

1 0

20 50 25 10 28 32 ( 415

,

0

10 ).

(

3

3 2 4 3 1 2 1 '' 2

m

d s s d s s D

"

D C

2

5 Chiều cao ruột máy :

Khoảng cách từ đáy thùng đến hết chiều cao lõi sắt.Theo(6-19)

H1=lt+2.hg+n.10-3=0,71+2.0,25+40.10-3=1,26 (m)Trong đó : + n làchiều dày tấm lót dới gông dới : n=40 mm

+chiều cao trụ: lt=0,71 (m)

10 Nhiệt độ chênh của thùng so với không khí :

Theo (6-24)

tk = dk - dt =39,066-5=34,066 Trong đó có thể lấy dt= 560CKiểm tra trị số dk :

, 34 5 , 2

) 1650 13000

.(

05 , 1

12 , 1

5 , 2

05 ,

25 , 1 25

, 1

3.Khoảng cách giữa hai dãy ống cạnh nhau-bớc dãy td=75mm

4.Đoạn ống thẳnh từ vách thùng đến chỗ bắt đàu uốn cong a

-ống thuộc dãy trong cùng a1=50mm

-ống thuộc dãy thứ 2: a2= a1+td = 50 +75= 125 mm

-ống thuộc dãy thứ 2: a3= a2+td = 50 +2.75= 200 mm

Bảng60:số dãy là 3

5.Kho¶ng c¸ch gi÷a hai tÊm èng trªn vµ díi cña cïng mét d·y:

Theo b¶ng 61: Cmin=90 mm;emin=100 mm

D©y ngoµi cïng: bn=H-(c+e).10-3 Theo 6-40a

b3=1,585-(90+100).10-3=1,395m

Theo 6-40b b2=b3-2.td.10-3=1,395-2.75.10-3=1,245 m

b1=b2-2.td.10-3=1,245-2.75.10-3=1,095 m

6.ChiÒu dµi khai triÓn cña mçi èng trong tõng d·y

D·y trong cïng Theo 6 - 41a

, 0

58 , 0 ) 58 , 0 382 , 1 (

2 ) (

2

ong t

B B

A m

Chơng ix:

Tính toán cuối cùng nhiệt độ chênh của dây quấn

1.Nhiệt độ chênh của thùng đối với không khí

Theo 6-47

) ( 83 , 35 ]

23 , 59 5 , 2 785 , 9 8 , 2

) 1650 13000

.(

05 , 1 [ ] 5 , 2

8 , 2

) (

M M

P P k

dl bx

, 59

) 1650 13000

.(

05 , 1 [

165 , 0 1 ] ) (

.[

165 , 0

M

P P k k

tk dt

C dk

tk dt dk

0 0

0

50 62

, 48 9 , 40 2 , 1

50 ) (

Thoả mãn nằm trong phạm vi cho phép

5.Nhiệt độ chênh của dây quấn đối với không khí

dk dtb o ok

0

0 '

.

65 454 , 61 52 , 40 934 , 20