Những đặc điểm chung về máy biến áp
Định nghĩa máy biến áp
Máy biến áp là một thiết bị điện từ tĩnh, làm việc dựa trên nguyên lí cảm ứng điện từ, biến đổi một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp này thành một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp khác, với tần số không thay đổi Đầu vào của MBA đợc nối với nguồn điện, đợc gọi là sơ cấp (SC) Đầu ra của MBA đợc nối với tải gọi là thứ cấp (TC).
Khi điện áp đầu ra (TC) lớn hơn điện áp vào (SC) ta có MBA tăng áp.
Khi điện áp đầu ra (TC) nhỏ hơn điện áp vào (SC) ta có MBA hạ áp
Các đại lợng và thông số của đầu sơ cấp
+ I1: Dòng điện qua cuộn sơ cấp.
+ Wl: Số vòng dây cuộn sơ cấp.
Các đại lợng và thông số của đầu thứ cấp
+ I2: Dòng điện qua cuộn thứ cấp.
+ W2: Số vòng dây cuộn thứ cấp.
Công dụng của máy biến áp
MBA đã và đang đợc sử dụng rộng rãi trong đời sống, phục vụ chúng ta trong việc sử dụng điện năng vào các mục đích khác nhau nh :
+ Trong các thiết bị lò nung có MBA lò.
+ Trong hàn điện có MBA hàn.
+ Làm nguồn cho các thiết bị điện, thiết bị điện tử công suÊt.
+ Trong lĩnh vực đo lờng (Máy biến dòng, Máy biến điện áp )
+ Máy biến áp thử nghiệm.
+ Và đặc biệt quan trọng là MBA điện lực đợc sử dụng trong hệ thống điện
Cấu tạo của máy biến áp
Máy biến áp có 2 bộ phận chính đó là: Lõi thép và Dây quấn Ngoài ra còn có các bộ phận khác nh vỏ máy và hệ thống làm mát.
4.1.Lõi thép máy biến áp
Lõi thép máy biến áp dùng để dẫn từ thông chính của máy, đợc chế tạo từ những vật liệu dẫn từ tốt nh thép kĩ thuật điện. Máy biến áp hiện nay có hiệu suất cao do sử dụng loại thép cán lạnh trong công nghệ chế tạo lõi thép, loại này làm giảm tổn hao của từ trờng theo chiều cán Điểm u việt của thép cán lạnh là hệ số từ thẩm theo chiều cán lớn cho phép tăng cờng độ từ cảm nóng chỉ tăng đợc từ 1,3 đến 1,45T Từ đó giảm đợc tổn hao trong máy, dẫn đến giảm đợc trọng lợng kích thớc máy, đặc biệt là rút bớt đáng kể chiều cao của MBA, rất thuận tiện cho việc chuyên trở Tuy nhiên tôn cán lạnh giá thành có đắt hơn, nhng do việc giảm đợc tổn hao và trọng lợng máy nên ngời ta tính rằng những MBA đợc chế tạo bằng loại tôn này trong vận hành vẫn kinh tế hơn MBA đợc làm bằng tôn cán nóng.
Hiện nay ở các nớc, gần nh tất cả các MBA điện lực đều đợc thiết kế bởi tôn cán lạnh, (nh các loại tôn cán lạnh của Nga, Nhật,
Lõi thép gồm 2 bộ phận chính đó là trụ (T) và gông (G).
Trụ là nơi để đặt dây quấn.
Gông là phần khép kín mạch từ giữa các trụ.
Trụ và gông tạo thành mạch từ khép kín.
Lá thép kĩ thuật điện đợc sử dụng thờng có độ dày từ (0,3 tới 0,5)mm hai mặt đợc sơn cách điện Loại lá thép kỹ thuật hiện đại do Nhật sản xuất đạt chiều dầy 0,09 mm
Trong MBA dầu thì toàn bộ lõi thép và dây quấn đều đợc ngâm trong dầu biến áp.
Theo sự phân bố sắp xếp tơng đối giữa trụ gông và dây quấn mà ta có các loại lõi thép nh sau: a Lâi thÐp kiÓu trô
Dây quấn ôm lấy trụ thép, gông từ chỉ giáp phía trên và phía dới dây quấn mà không bao lấy mặt ngoài của dây quấn,trụ thép thờng bố trí đứng, tiết diện trụ có dạng gần hình tròn,kết cấu này đơn giản, làm việc bảo đảm, dùng ít vật liệu, vì vậy hiện nay hầu hết các MBA điện lực đều sử dụng kiểu lõi thép này(Hình 1.2) b.Lõi thép kiểu bọc
Kiểu này gông từ không những bao lấy phần trên và phần dới dây quấn mà còn bao cả mặt bên của dây quấn Lõi thép nh bọc lấy dây quấn, trụ thờng để nằm ngang, tiết diện trụ có dạng hình chữ nhật MBA loại này có u điểm là không cao nên vận chuyển dễ dàng, giảm đợc chiều dài của dây dẫn từ dây quấn đến sứ ra, chống sét tốt vì dùng dây quấn xen kẽ nên điện dung dây quấn Cdq lớn, điện dung đối với đất Cđ nhỏ nên sự phân bố điện áp sét trên dây quấn đều hơn Nhng kiểu lõi thép này có nhợc điểm là chế tạo phức tạp cả lõi thép và dây quấn, các lá thép kỹ thuật điện nhiều loại kích thớc khác nhau khi dây quấn, quấn thành ống tiết diện tròn, trong trờng hợp dây quấn, quấn thành ống chữ nhật thì độ bền về cơ kém vì các lực cơ tác dụng lên dây quấn không đều, tốn nguyên vật
Hình 1.2: Kết cấu mạch tõ kiÓu trô a Mét pha ; b
Ba pha liệu Lõi thép loại này thờng đợc sử dụng chế tạo cho các MBA lò điện
` c.Lõi thép kiểu trụ bọc (Hình 1.3):
Là kiểu lõi thép có sự liên hệ giữa kiểu trụ và kiểu bọc Kiểu này hay dùng trong các MBA một pha hay ba pha với công suất lớn (hơn 100.000KVA /1 pha) và để giảm bớt chiều cao của trụ ta có thể san gông sang hai bên. Đối với MBA có lõi sắt kiểu bọc và kiểu trụ - bọc thì hai trụ thép phía ngoài cũng thuộc về gông Để giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên, lõi thép đợc ghép từ những lá thép kỹ thuật điện có độ dày 0,3mm có phủ sơn cách điện trên bề mặt.
Hình 1.3 Kết cấu mạch từ kiểu bọc. a Mét pha ; b.
Các kiểu ghép trụ và gông với nhau: Theo các phơng pháp ghép trụ và gông vào nhau ta có thể chia lõi thép thành 2 kiểu đó là lõi ghép nối và ghép xen kẽ.
*Ghép nối: là kiểu ghép mà gông và trụ ghép riêng sau đó đợc đem nối với nhau nhờ những xà và bulông ép (hình 1.4a) kiểu ghép này ghép đơn giản nhng khe hở không khí giữa trụ và gông lớn nên tổn hao và dòng điện không tải lớn, vì thế mà kiểu này ít đợc sử dụng.
*Ghép xen kẽ: Là từng lớp lá thép của trụ và gông lần lợt đặt xen kẽ ( hình1.4b) sau đó dùng xà ép và bulông ép chặt Muốn lồng dây vào thì dở hết phần gông trên ra, cho dây quấn đã đợc quấn trên ống bakelit lồng vào trụ, trụ đợc nêm chặt với ống bakelit bằng cách nêm cách điện (gỗ,bakelit) sau đó xếp lá thép vào gông nh cũ và ép gông lại. Để giảm bớt tổn hao do tính dẫn từ không đẳng hớng khi ghép các lá thép ta có thể thêm những mối nối nghiêng giữa trụ và bốn góc, hay có thể cắt vát góc lá thép kỹ thuật điện nh (h×nh 1.4.c.d.e).
Do dây quấn thờng quấn thành hình tròn, nên tiết diện ngang của trụ thép thờng làm thành hình bậc thang gần tròn.
Gông từ vì không quấn dây do đó để thuận tiện cho việc chế tạo tiết diện ngang của gông có thể làm đơn giản, hình vuông hình chữ nhật hay chữ T Tuy nhiên hiện nay hầu hết các MBA điện lực ngời ta hay dùng tiết diện gông hình bậc thang có số bậc gần bằng số bậc của tiết diện trụ. a b.
Hình 1.4 Thứ tự ghép lõi thép ba pha. a Ghép nối; b Ghép xen kẽ mối nối thẳng; c Ghép xen kẽ mối nối nghiêng 4 góc; d Ghép xen kẽ mối nối nghiêng 6 góc; e ghép xen kẽ hỗn hợp.
4.2.Dây quấn máy biến áp.
Dây quấn là bộ phận dẫn điện của MBA, làm nhiệm vụ thu năng lợng vào và truyền năng lợng ra Kim loại làm dây quấn thờng bằng đồng, cũng có thể bằng nhôm (ít phổ biến).
Dây quấn gồm nhiều vòng dây và đợc lồng vào trụ lõi thép giữa các vòng dây, dây quấn có cách điện với nhau và các cuộn dây đợc cách điện với lõi.
Dây quấn MBA gồm có 2 cuộn cuộn cao áp (CA) cuộn hạ áp (HA) đôi khi còn có cuộn trung áp (TA).
Theo cách sắp xếp dây quấn CA và HA , ngời ta chia ra hai loại dây quấn chính đó là : Dây quấn đồng tâm và dây quấn xen kẽ a.Dây quấn đồng tâm
Cuộn CA và HA là những hình ống đồng tâm ,bố trí cuộn HA đặt sát trụ còn cuộn CA đặt ngoài Bố trí cuộn CA đặt ngoài sẽ đơn giản đuợc việc rút đầu dây điều chỉnh cuộn dây và giữa cuộn dây với trụ thép Ngợc lại máy biến áp lò thì đặt cuộn CA bên trong, HA bên ngoài. b Dây quấn xen kẽ
Nguyên lý làm việc của máy biến áp
Nguyên lý làm việc của MBA dựa trên hiện tợng cảm ứng điện từ và sử dụng từ thông biến thiên của lõi thép sinh ra.
Xét sơ dồ nguyên lý của một MBA1 pha (hình1.7).
Các cuộn dấy sơ cấp và thứ cấp trong một MBA không có liên hệ với nhau về điện mà chỉ có liên hệ với nhau về từ.
Hình 1.7 Nguyên lý làm việc của MBA Đây là sơ đồ MBA 1 pha 2 dây quấn, máy gồm có 2 cuộn dây Cuộn sơ cấp có W1 vòng dây và có cuộn thứ cấp có W2 vòng dây đợc quấn trên lõi thép.
Khi đặt một điện áp xoay chiều U1 vào dây cuốn sơ cấp trong đó sẽ có dòng điện i1 Trong lõi thép và sinh ra từ thông móc vòng với cả hai cuộn dây sơ cấp và thứ cấp, cảm ứng ra các sức điện động e1 và e2 ở cuộn sơ cấp có sức điện động sẽ sinh ra dòng điện i2 đa ra tải với điện áp là u2.
Giả thiết điện áp xoay chiều đặt vào là một hàm số hình sin thì từ thông do nó sinh ra cũng là một hàm số hình sin.
Do đó theo định luật cảm ứng điện từ, sức điện động cảm ứng trong các dây quấn sơ cấp và thứ cấp là: e1=w1 dφ dt = - 1 dφm sin ωt dt = -wmcost
1sin(t- π 2 ew dφ dt = - w dφm sin ωt dt = -wmcost √ 2 E
Là giá trị hiệu dụng của các sức điện động của cuộn sơ cấp và thứ cấp Dựa vào biểu thức (1-3a,b) ta có thể đa ra tỉ số biến đổi của MBA nh sau k E 1
Nếu không kể điện áp rơi trên các dây quấn thì có thể coi U1 ¿E1, U2 ¿E2 do đó k có thể coi nh tỉ số điện áp giữa dây quấn sơ cấp và thứ cấp. k E 1
Những đặc điểm chung về máy biến áp lò
Máy biến áp lò là loại máy biến áp đặc biệt, đợc dùng trong công nghiệp luyện kim Phụ tải của máy biến áp lò có thể là lò hồ quang hoặc lò điện trở đợc sử dụng phổ biến nhất là máy biến áp lò hồ quang, dùng cho lò luyện thép ,sản xuất đất đèn và kim loại màu Máy biến áp lò còn đợc sử dụng cho các ngành công nghiệp khác
Máy biến áp lò thực chất là nguồn điện có tần số công nghiệp ,điện áp thấp và dòng điện lớn, nhiều trờng hợp đòi hỏi điều chỉnh điện áp trong phạm vi rộng để có thể cung cấp năng lợng cho lò thay đổi theo yêu cầu của công nghệ (thời gian đầu có điện áp lớn, dần dần phải giảm điện áp ) Đặc điểm nữa của máy biến áp lò là khi làm việc hay bị ngắn mạch, vì vậy để khỏi bị lực điện từ lúc ngắn mạch phá hỏng, cần phải chắc chắn ở máy biến áp lò cũng dễ xảy ra quá tải dòng hồ quang bất ngờ, tạo quá áp , do đó phía sơ cấp cũng nh thứ cấp có thể lắp thêm bảo vệ bằng chống sét van. Để hạn chế dòng điện ngắn mạch, máy biến áp lò công suất thấp và trung bình còn hay sử dụng cuộn kháng hay điều chỉnh các thông số kết cấu của máy để tăng điện áp ngắn mạch lên, thờng điện áp ngắn mạch của máy biến áp lò lớn hơn máy biến áp thông thờng.Với máy biến áp lò công suất lớn điện kháng của hệ thống thờng lớn ,vì vậy không cần dùng kháng điện để hạn chế dòng ngắn mạch.
Sơ cấp máy biến áp nhỏ thờng nối vào lới điện có điện áp từ
6 đến 35 KV ,khi công suất lớn có thể nối với lới điện áp 110KV để giảm một cấp biến đổi điện áp, giảm giá thành và giảm tổn hao.
Với máy biến áp công suất nhỏ và vừa , để điều chỉnh điện áp thứ cấp thờng thay đổi từ thông , điện áp phía thứ cấp đạt cực đại khi số vòng dây phía sơ cấp nhỏ nhất Tăng số vòng dây sơ cấp , làm giảm từ thông và giảm điện áp thứ cấp Để tăng phạm vi điều chỉnh ,có thể đổi nối sao - tam giác dây quấn sơ cấp nhờ chuyển mạch P2 Khi giảm điện áp thứ cấp ,làm tăng điện áp ngắn mạch , hạn chế đợc dòng điện ngắn mạch Vì vậy khi làm việc với điện áp phía thứ cấp ở các nấc điện áp thấp có thể không cần đến cuộn kháng. Đối với máy biến áp một pha có thể chia dây quấn sơ cấp thành hai phần bằng nhau và có thể thay đổi cách nối song song hay nèi tiÕp chóng.
Với máy biến áp lò có công suất lớn, điện áp sơ cấp 110KV. Toàn bộ hệ thống gồm ba phần : máy biến áp chính , máy biến áp phụ trợ, máy biến áp tự ngẫu điều chỉnh điện áp nối với dây quấn kích từ của máy biến áp phụ trợ.Tỉ số máy biến áp tự ngẫu thay đổi khi có tải Máy biến áp lò và máy biến áp phụ trợ đặt chung trong một thùng dầu còn máy biến áp tự ngẫu điều chỉnh đặt riêng trong một thùng dầu khác Với máy biến áp công suất nhỏ và trung bình không cần sử dụng máy biến áp phụ trợ, việc điều chỉnh điện áp có thể thực hiện nhờ các bộ chuyển mạch và bằng tay, việc điều chỉnh điện áp ra có thể thực hiện bên cao áp hay hạ áp, bên hạ áp có dòng điện lớn nên dây dẫn có dòng điện lớn nếu thực hiện điều chỉnh điện áp bên này thì kích thớc của các bộ chuyển mạch cũng lớn. Điểm quan trọng trong thiết kế máy biến áp lò là dây quấn thứ cấp Có thể dùng dây quấn đồng tâm hay dây quấn xen kẽ. Nếu là dây quấn đồng tâm thì dây quấn thứ cấp đặt bên ngoài, vì dòng điện ra rất lớn, quá trình chế tạo khó khăn hơn (mỈt công nghƯ chế tậ) MỈt khác lực điƯn từ lĩc ngắn mạch tác động lên dây quấn hạ áp lớn hơn nhiều so với dây quấn cao áp do vậy cần phải làm cuộn hạ áp ở bên ngoài để dễ cho việc gia cố cuộn dây một cách chắc chắn
Cuộn hạ áp thờng đợc chế tạo thành các bánh dây trờng hợp công suất lớn, dây quấn hạ áp chỉ có một vòng quấn từ lá nếu có chiều dầy tơng ứng và chiều cao bằng chiều cao tác dụng của lõi thép trụ Dây quấn cao áp có thể quấn thành hình ống theo nhiều kiểu và đặt bên trong cuộn hạ áp gần với trụ.
Trong thực tế máy biến áp lò thờng chế tạo đơn chiếc và có kích thớc lớn hơn máy biến áp điện lực cùng công suất và điện áp.
Tóm lại qua phân tích ở trên ta thấy máy biến áp lò có những đặc điểm riêng khác với máy biến áp điện lc:
+ Phải đảm bảo chống dòng ngắn mạch thờng xuyên xảy ra.
+ Làm việc trong điều kiện nhiệt độ cao.
+ Điện áp thứ cấp thấp từ 22 đến 500V nên dòng điện lớn gây tổn hao phụ trong dây quấn.
+ Tải của máy biến áp lò là dòng hồ quang nấu kim loại.
Tìm hiểu về công nghệ luyện thép
Phơng pháp lò điện luyện thÐp
Trớc kia các ngành công nghiệp cha đợc phát triển nhất là ngành luyện kim và ngành chế tạo máy, nên vấn đề chất lợng thép và thép hợp kim cha đợc quan tâm đúng mức Vào thế kỷ
20 nhất là sau chiến tranh thế giới lần thứ nhất, nền công nghiệp ngày càng phát triển mạnh Trên thế giới lúc bấy giờ các ngành công nghiệp nhất là ngành luyện thép và hợp kim, ngành đúc chi tiết ,ngành chế tạo máy ,ngành điện lực ,ngành điện tử
…đang đà phát triển về sản lợng và chất lợng sản phẩm Do yêu cầu và điều kiện kỹ thuật mới, sắt thép thông thờng không thỏa mãn với các dụng cụ ,máy móc ,thiết bị tối tân, vì ở đây đòi hỏi chúng phải làm việc trong điều kiện nhiệt độ và áp suất cao,chống đợc ăn mòn hóa học, điện hóa chống bào mòn
Do dó đòi hỏi phải sản xuất ra các chủng loại thép và hợp kim có những tính năng đặc biệt nh độ bền cơ học cao, độ bền chống ăn mòn của môi trờng axít, nớc sông, nớc biển, chống mài mòn do va đập…đặc biệt cần phải sản xuất các loại thép có tính đàn hồi cao, có tính nhiễm từ tốt ,có tính chống nhiễm từ cao, do các tính chất đặc biệt trên nên thép đợc sản xuất ra từ lò thổi không khí , lò Besmer, lò Mactin không thể đáp ứng đợc nữa, mà phải nấu luyện trong các loại lò điện.
Vậy phơng pháp luyện thép trong lò điện là một công nghệ mới và hiện đại Để luyện thép và hợp kim trong lò điện ngời ta tận dụng điện năng biến thành nhiệt năng dới dạng hồ quang, cảm ứng điện từ ,điện trở, dạng plasma Thờng sử dụng lò điện hồ quang xoay chiều, lò điện hồ quang một chiều để sản xuất thép các bon chất lợng, thép hợp kim thấp, trung bình và cao với sản lợng lớn Để luyện một số mác thép hợp kim chuyên dùng, hoặc thép hợp kim cao ít các bon, ngời ta sử dụng các loại lò điện cảm ứng cao tần, trung tần và tần số công nghiệp Để nấu lại thép và hợp kim, tinh luyện kim loại và thép đạt chất lợng cao hơn nữa ngời ta sử dụng lò điện xỉ, lò điện cảm ứng chân không, lò hồ quang chân không, lò điện tử chân không sâu, lò plasma …Để nung nguyên liệu, ferro, các loại vật liệu, các dụng cụ, chi tiết máy ngời ta sử dụng lò điện trở nung trực tiếp hoặc gián tiếp.
Phân loại lò điện
Lò điện thờng đợc chia làm ba loại chủ yếu: lò điện hồ quang, lò điện cảm ứng và lò điện trở Mỗi loại lò đều có tính năng kỹ thuật và khả năng sử dụng theo mục đích khác nhau.
Theo cấu tạo và ứng dụng lò hồ quang gồm 3 loại: lò hồ quang gián tiếp ,lò hồ quang trực tiếp và lò hồ quang phủ kín. a.Lò điện hồ quang trực tiếp EAF(hồ quang nổi)
Theo cấu tạo mạch điện, lò hồ quang đợc chia thành hai loại: hồ quang xoay chiều và lò hồ quang một chiều Nguồn điện cho lò theo ba chế độ điện bình thờng, chế độ điện cao và chế độ siêu công suất.
Lò hồ quang trực tiếp đợc sử dụng phổ biến trên thế giới cũng nh trong nớc là nấu luyện thép các loại, do đó luyện thép trong lò điện hồ quang là phơng pháp chủ yếu trong quá trình sản xuất thép lò điện hiện nay. b.Lò điện hồ quang gián tiếp sử dụng hai điện cực grafid
Loại lò này có thể sử dụng nguồn điện một chiều, cũng có thể dùng nguồn điện xoay chiều Hai cực nằm ngang đợc xuyên qua hông lò vào lò Nhiệt độ trong lò đạt đợc không cao, khoảng 1300 1350 o C do đó loại lò này đợc dùng để nấu luyện kim loại dẽ chảy, kim loại mầu nh đồng (cu), chì (pb), thiếc, kẽm… c.Lò điện hồ quang phủ kín (hồ quang chìm)
Biến áp lò đợc thiết kế theo nhiều mức điện áp (1531 mức) từ 120V xuống tới 5060V Mức điện áp ra phụ thuộc vào các loại ferro (fecr) cần nấu, khi nấu ferro crom cần có điện áp ra thứ cấp 12080V, khi nấu ferro sillic (feSi) cần có điện áp ra 90-70V, còn khi nấu feMn cần có điện áp ra 8060V …trong quá trình nấu ferro, hồ quang phát ra dới 3 điện cực tự thiêu kết, liệu tiếp thu nhiệt của hồ quang và nhiệt điện trở của bản thân liệu mà đợc nóng chảy Quá trình nấu luyện ferro hợp kim là quá trình xảy ra liên tục kéo dài trong một thời gian nhất định Sản phẩm đợc thao ra qua lỗ ở hông lò theo định kì.
2.2 Lò cảm ứng không lõi thép
Lò cảm ứng không có lõi thép dùng để nấu luyện thép và hợp kim là loại lò đợc sử dụng phổ biến nhất Theo cấu tạo mạch điện có thể chia ra làm ba loại Lò cảm ứng tần số cao dung lợng định mức từ 10-50Kg/mẻ với tần số làm việc 30.00075.000 Hz Để tạo tần số cao nh vậy ngời ta dùng máy phát điện bằng bóng đèn điện tử 3 cực Loại lò này hiện nay ít sử dụng để nấu thép mà chủ yếu để nung tôi các chi tiết máy Lò cảm ứng trung tần có dung lợng từ 1001000Kg/mẻ với tần số làm việc 1000
3000Hz Để tạo ra đợc tần số này ngời ta sử dụng máy phát điện hoặc máy phát từ quay Loại lò này đã và đang đợc sử dụng nhiều và rộng rãi khắp trong nớc để nấu luyện các loại thép hợp kim cao ít các bon, còn lò cảm ứng tần số công nghiệp đợc sử dụng để nấu hợp kim dễ chảy, gang hợp kim, hợp kim đồng - nhôm hoặc để nung sấy các loại vật liệu nh ferro hợp kim
Lò điện trở đợc sử dụng để nung các chi tiết, các dụng cụ máy phục vụ cho ngành nhiệt luyện và các ngành cơ khí chế tạo, thờng có hai loại lò điện trở để làm nhiệm vự nung sấy lò nung trực tiếp và lò nung gian tiếp Lò nung trực tiếp dùng để nung các chi tiết có kích thớc nhỏ, có dạng thù hình đơn giản Bộ phận nung đợc bọc sát xung quanh vật nung do đó nhiệt tỏa ra trực tiếp truyền vào vật nung Còn lò nung gian tiếp dùng để nung đều các vật chi tiết to, hình dáng phức tạp Bộ phận nung đợc đặt vào áo và nắp, do đó nhiệt bức xạ trực tiếp lên áo lò, sau đó phản xạ nhiệt vào lòng lò (vật nung để cố định trong lò) Hiện nay ngời ta hay sử dụng lò nung gián tiếp để nung các loại vật liệu, các dụng cụ, chi tiết máy, các loại ferro hợp kim.
Hồ quang và tính chất của hồ quang điện trong lò điện
Hồ quang điện là nguồn phát nhiệt chủ yếu trong lò điện, tính chất đặc biệt của hồ quang là do cấu tạo mạch điện. Trong máy biến áp lò ngời ta thờng nối thêm cuộn cảm kháng để duy trì hồ quang phát ra ổn định và liên tục nhất là giai đoạn thông điện vào lò
Một số tính chất của hồ quang điện xoay chiều
+) Hồ quang phát ra gián đoạn: Đối với lò điện hồ quang ba pha xoay chiều luôn đổi cực tính trong thời gian nấu luyện thép, nhất là giai đoạn đầu nấu chảy (thời gian đầu thông điện vào lò ) Tính chất gián đoạn của lò hồ quang thể hiện rất rõ, các điện trở đợc phóng ra không liên tục, do đó kéo dài thời gian nấu luyện, tổn hao nhiệt lớn năng suất lò thấp Ngời ta th- ờng nối vào biến áp lò một cuộn cảm kháng nhằm làm mềm tia hồ quang, đồng thời giảm bớt mức độ phóng hồ quang gián đoạn. Điện áp hồ quang thay đổi không theo qui luật hình sin th- ờng dạng hình chữ nhật hoặc hình thang có giá trị U 1 là điện áp bắt đầu phát hồ quang và U 2 là điện áp bắt đầu tắt hồ quang, do đó dẫn tới tiêu hao năng lợng điện lớn ảnh hởng đến
+) Bất đối xứng trong một chu kỳ phát hồ quang: Hiện tợng bất đối xứng của điện áp hồ quang làm giảm công suất hồ quang điện, do đó tận dụng công suất hồ quang có lợi kém, kéo dài thời gian nấu.
+) Trong quá trình nấu chảy liệu kim loại, chùm hồ quang luôn thay đổi độ dài cờng độ phóng điện tử, dòng điện đập mạch nhiều và mạnh do đó làm tăng tiếng kêu ồn của hồ quang, làm mất nhiệt bức xạ của hồ quang làm nóng các thiết bị và cuối cùng giảm tuổi thọ của thiết bị chủ yếu là máy biến áp lò và ảnh hởng đến vận hành nấu luyện thép.
Chế độ điện đợc áp dụng trong lò hồ quang luyện thép
Nếu chọn kích thớc lò làm việc hợp lý thì đảm bảo sự phân phối nhiệt trong lò , giữa các mặt riêng (kim loại ,xỉ ,tờng lò và nắp lò) phù hợp với điều kiện kỹ thuật
Ngoài ra, lợng nhiệt tuyệt đối đợc truyền vào bề mặt này hay bề mặt khác phụ thuộc vào đại lợng tuyệt đối của công suất hồ quang Vì vậy chế độ điện hợp lý trong các giai đoạn nấu luyện là một yếu tố rất quan trọng và quyết định chất lợng sản phẩm Chế độ điện hợp lý đợc xác định tơng ứng với quá trình trao đổi nhiệt đều trong khoảng trống lò Vì vậy công suất điện đa vào lò phải phù hợp tơng ứng theo các giai đoạn nấu luyện Tùy theo dung lợng lò định mức (tấn/mẻ) phần chịu lửa của tờng, đáy, nắp lò và công nghệ nấu luyện mác thép yêu cầu cụ thể mà chọn chế độ điện tối u cho mẻ nấu.
Tóm lại, chế độ điện rất quan trọng quyết định vận hành nấu luyện, tuổi thọ lò , thời gian mẻ nấu Nếu chọn chế độ điện không hợp lý thì không những làm xấu các chỉ tiêu sản xuất, mà ngay cả công việc chạy lò cũng không đảm bảo đồng thời mất mát điện năng lớn, cháy hao điện cực nhiều,thao tác nấu luyện của công nhân gặp khó khăn vất vả, năng suất lò thấp, tuổi thọ lò giảm.
4.1 Giai đoạn nấu chảy liệu: Hồ quang phát ra dới ba điện cực tạo ra ba hố, đờng kính và chiều cao của hố ngày càng rộng và sâu dần, ba điện cực đợc hạ sâu xuống, ở thời kỳ này hồ quang phát trực tiếp vào liệu kim loại đồng thời chùm hồ quang bị che kín bởi vật liệu rắn xung quanh Do đó mức độ bức xạ nhiệt của hồ quang lên tờng và nắp lò giảm rõ rệt Thời kỳ này gọi là thời kỳ bức xạ nhiệt của hồ quang lên liệu kim loại đạt đợc lợng nhiệt tối đa Vì vậy để tranh thủ chảy vật liệu nhanh cần phải tăng công suất điện lớn nhất vào lò:
Trong đó : Stb là công suất điện trung bình = 0,7 Sđm
Sđm là dung lợng định mức của máy biến áp lò
Khi xác định đợc P max thì có thể tính đợc công suất hồ quang điện, nhờ công suất hồ quang mà biết đợc đại lợng nhiệt cung cấp cho quá trình nấu luyện thép : P HQ = Smax cosϕ.η d KW
Trong đó: cos ϕ hệ số công suất điện sử dụng, cos ϕ = 0,80,9 η d hiệu suất điện ,phụ thuộc vào cấu tạo mạch điện thứ cấp , η d =0,80,9.Cuối cùng xác định đợc công suất có lợi ,có nghĩa là công suất điện chỉ dùng để nấu chảy liệu và nung thêm kim loại lỏng (tăng nhiệt độ quá tải cho kim loại)
Trong đó:η t - hiệu suất nhiệt của lò điện hồ quang, thờng η t ¿
4.2 Giai đoạn oxi hóa kim loại: ở giai đoạn này tiến hành quá trình oxi hóa các tạp chất hình thành lợng xỉ nhiều, độ dày của lớp xỉ cao cho nên phải đa công suất điện vào khoảng 60- 65% PHQ Với công suất điện nh vậy đảm bảo nung chảy xỉ nhanh, đồng thời tăng thêm nhiệt độ cho kim loại lỏng (quá nhiệt ~ 50-100 o C) để sau này tiến hành giai đoạn hoàn nguyên thuận lợi, nhất là việc hợp kim hóa nhanh, các nguyên tố hợp kim hòa tan đều và triệt để trong thép lỏng.
4.3 Giai đoạn hoàn nguyên: ở giai đoạn này thép lỏng có nhiệt độ tơng đối cao theo yêu cầu của mác thép, thành phần hóa học của thép lỏng tơng đối ổn định, do đó cần đa công suất điện vào lò với mức trung bình 45 – 50% PHQ Để xác định chế độ điện cụ thể cho giai đoạn hoàn nguyên và hợp kim hóa thép cần tính theo ba công đoạn nh sau: a Tạo xỉ hoàn nguyên cần công suất điện: công thức SXỉ Q n g kl +Q xi g xi cosϕ.η.t trong đó :
SXỉ công suất điện đa vào để tạo xỉ, nung chảy xỉ kVA.
Qn năng lợng điện cần thiết để nung kim loại quá nhiệt, kW.h/tấn. thêng Qn = 34 40KW/tÊn thÐp láng.
Q xi năng lợng điện cần thiết để nung chảy một tấn xỉ , KW.h/tấn xỉ. g kl trọng lợng mẻ nấu thép,tấn /mẻ. g xi suất lợng xỉ ,tấn. b Nung lại để nâng cao nhiệt độ cho thép lỏng
Tùy theo mác thép yêu cầu, tùy theo công nghệ nấu luyện mà cần phải nung lại đến nhiệt độ cao hơn, tức là quá nhiệt ~ 50100 o C Khi tiến hành tinh luyện thép ngoài lò thì giai đoạn hoàn nguyên cần phải nung quá nhiệt ~ 100150 o C
Công thức : Snung (Q n +Q p ).g kl cosϕ.η d t nung kVA Trong đó : Qn - điện năng cần thiết để nung lại 1 tấn thép lỏng, KW.h/tÊn.
Qp - điện năng cần thiết để bù cho quá trình luyện kim thu nhiệt.
Thùc tÕ Qp= 1825 kW.h/tÊn. tn - thời gian nung lại,h. c Công suất điện cần cho quá trình nấu chảy ferro hợp kim
SHK Q HK g HK cosϕ.η.t HK kVA trong đó : QHQ=suất tiêu hao điện năng để nấu chảy 1 tấn ferro hợp kim,kW.h/tấn. gHQ trọng lợng ferro hợp kim cần cho mẻ nấu ,tấn; tHQ thời gian nung chảy ferro hợp kim ,h.
Một số biểu đồ chế độ điện đã đợc áp dụng cho lò 0,58 tấn /mẻ và 1030tấn /mẻ
Thiết bị điện của lò
Thiết bị điện của lò gồm có mạch điện cờng độ cao, các loại cầu dao, các thiết bị điều chỉnh tự động điện cực, các dụng cụ đo điện, bảo vệ…
Mạch cờng độ cao là bộ phận quan trọng nhất, quyết định giá trị và khả năng làm việc của lò, đồng thời có ảnh hởng lớn đến quá trình sản xuất Mạch cờng độ cao bao gồm cầu dao cách ly, cầu dao công suất cao thế, máy biến áp lò, cuộn cảm kháng, mạch ngắn và điện cực Cầu dao cách ly để cắt điện khi sửa chữa hoặc khi kiểm tra thiết bị … cầu dao công suất cao thế hoặc máy cắt dùng để đóng mở mạch điện kể từ lúc bắt đầu chạy lò nấu luyện thép, đặc biệt khi có sự cố về thiết bị (máy biến áp lò quá tải…)
Cầu dao này thờng chịu ứng lực cao, đóng mở cầu dao khoảng 7080 lần trong 24 giờ nấu luyện.
Là bộ phận quan trọng để điều chỉnh công suất của lò
Từ cuộn sơ cấp có điện áp 635KV và cuộn thứ cấp hạ xuống 100500V, biến áp phải làm việc trong điều kiện nóng
(t`70 o C) và quá tải lớn, thờng hệ số quá tải cao Vì vậy cần phải tăng cờng làm nguội máy biến áp lò bằng dầu và có thể thêm quạt gió Máy biến áp có khả năng thay đổi điện áp ra phù hợp với quá trình nấu luyện thép.
Cuộn cảm kháng là bộ phận sử dụng trong mạch điện để tăng điện kháng nhằm hạn chế dòng ngắn mạch Cuộn này có thể đợc nối ngoài máy biến áp hoặc cũng có thể đợc nối cùng cuộn dây của máy biến áp Trong quá trình phát hồ quang, khi hồ quang tơng đối ổn định (sau 1015phút) thì cắt điện vào cuộn kháng để tăng công suất điện vào lò nấu luyện
Mạch ngắn hay còn gọi là mạch thứ cấp (hạ thế ) gồm có cuộn dây thứ cấp của biến áp, thanh đồng dẫn điện, dây cáp đồng mềm, ống đồng dẫn điện, kẹp điện cực, điện cực grafit Để đảm bảo tổn hao điện năng trên mạch ngắn ít nhất cần phải thiết kế đờng dây dẫn điện từ cuộn dây thứ cấp của biến áp đến điện cực grafit ngắn nhất (cho phép ), cần bố trí các pha hợp lý, các chỗ nối, kẹp điện cực phải siết chặt, chất l- ợng điện cực tốt, điện trở suất nhỏ nhất và đờng kính điện cực nhỏ nhất cho phép để giảm tổn thất điện do hiệu ứng bề mặt.
Ngoài ra, khả năng làm việc của mạch ngắn còn phụ thuộc vào chỉ tiêu điện trở của nó Thờng các chỉ tiêu điện trở gồm điện trở trong (r)của các mạch dây dẫn điện, phụ thuộc vào bản chất của dây dẫn và kích thớc của chúng Trong quá trình làm việc do hiện tợng tự cảm và cảm ứng lẫn nhau giữa các pha nên xuất hiện điện cảm kháng (x), phụ thuộc vào cách bố trí các pha dây dẫn điện và bản chất dây dẫn.
Lò hồ quang luyện thép thờng sử dụng điện cực than, điện cực grafit để nấu luyện thép, hiện nay ngời ta hay dùng chủ yếu điện cực grafit Điện cực là một bộ phận rất quan trọng, vừa đóng vai trò dẫn điện vừa là nguồn điểm phóng điện tử tạo ra chùm hồ quang để cung cấp nhiệt năng cho quá trình nấu luyện thép.
Sơ đồ nối điện chÝnh
1.Đờng dây điện vào 2.CÇu dao
3 Máy cắt 4.Biến dòng điện 5.Biến điện áp
6.Đồng hồ đo và thiết bị bảo vệ 7.Cuộn kháng
8.CÇu dao chuyÓn đổi điện kháng 9.Biến áp lò
10.CÇu dao chuyÓn đổi nối Y- 11.Biến dòng điện 12.Điện cực grafit13.Bể kim loại 14.Lớp xỉ
Phân tích đầu bài và cách thực hiện thiết kế
Phơng pháp đấu dây của máy biến áp lò
Với các đặc điểm riêng của máy biến áp lò nh đã phân tích ở trên ta có thể đa ra phơng pháp thực hiện thiết kế nh sau
+) Để điều chỉnh công suất ta thay đổi điện áp , điện áp có thể đợc điều chỉnh bằng các phơng pháp khác nhau và có thể thực hiện điều chỉnh dới tải hoặc điều chỉnh không điện Do quán tính nhiệt và điều kiện kinh tế ta dùng phơng pháp điều chỉnh không điện Công suất thay đổi khi thay đổi số vòng dây bên phía sơ cấp của máy biến áp đồng thời để tăng phạm vi điều chỉnh ta đổi nối sao tam giác ở dây quấn sơ cấp, vì bên phía thứ cấp dòng điện lớn nếu thực hiện điều chỉnh điện áp ở bên này thì kích thớc của bộ chuyển mạch sẽ rất lớn.
+) Máy biến áp lò phải đảm bảo chống dòng điện ngắn mạch thờng xuyên xảy ra, sao cho dòng điện ngắn mạch không vợt quá từ 2,5 4 lần dòng điện định mức, muốn vậy máy biến áp lò thờng đợc ghép làm việc với kháng điện, điện áp ngăn mạch Un= 40% vì vậy (theo bảng 22-1 TL 1).
Điện áp ngắn mạch của UkcKháng(5)%
Điện áp ngắn mạch của lới Umạng(25)%
+) Bố trí dây quấn trên lõi thép dùng dây quấn xen kẽ.Cuộn sơ cấp và thứ cấp đợc quấn thành từng bánh mỏng và đặt xen kẽ nhau do đó giảm đợc điện kháng tản đối với dòng điện lớn và giảm đợc lực hớng trục khi ngắn mạch Dây quấn xen kẽ có nhiều rãnh dầu ngang nên tản nhiệt tốt
+) Dòng điện thứ cấp của máy biến áp lò rất lớn gây tổn hao phụ trong dây quấn Vì vậy thứ cấp của máy biến áp nối tam giác khi đó dòng điện pha của dây quấn thứ cấp sẽ giảm
√ 3 lần so với dòng điện dây.
Sơ đồ đấu dây của máy biến áp
Sơ đồ quấn dây trên trụ
Điều kiện để thiết kế máy biến áp lò
Dung lợng định mức S = 10.500 kVA
TÇn sè f = 50 HZ điện áp định mức của cuộn sơ cấp U1= 22kV Điện áp định mức của cuộn thứ cấp :
Làm lạnh tự nhiên bằng dầu
Theo TCVN hiện hành và tham chiếu các thông số của các máy cùng công suất ở các hãng ta lấy Điện áp ngắn mạch : Un = 8%
Tổn thất ngắn mạch : Pn = 95.000 W
Tổn hao không tải : Po = 12.000 W
Dùng cuộn kháng khi phía cao áp đấu
Máy biến áp lò là máy biến áp đặc biệt với những đặc điểm riêng cần chú ý song cách thực hiện tính toán thiết kế cũng tơng tự nh cách tính máy biến áp thông thờng
Nội dung tính toán gồm các bớc:
Bớc 1: Xác định các đại lợng cơ bản:
Tình dòng điện pha , điện áp pha của các dây quấn.
Xác định điện áp thử của các dây quấn.
Xác định các thành phần của điện áp ngắn mạch.
Bớc 2 : Tính toán các kích thứơc chủ yếu:
Chọn sơ đồ và kết cấu lõi thép.
Chọn loại và mã hiệu tôn silic , cách điện của chúng, chọn c- ờng độ tự cảm của lõi thép.
Chọn các kết cấu và xác định các khoảng cách cách điện chính của cuộn dây.
Xác định đờng kính trụ, chiều cao dây quấn, tính toán sơ bé lâi thÐp.
Bớc 3 : Tính toán dây quấn CA và HA:
Tính dây quấn hạ áp
Tính dây quấn cao áp.
Bớc 4: Tính toán ngắn mạch :
Xác định tổn hao ngắn mạch.
Tính toán điện áp ngắn mạch.
Tính lực cơ của dây quấn khi máy biến áp bị ngắn mạch. Bớc 5 : Tính toán cuối cùng về hệ thống mạch từ và tham số không tải của máy biến áp :
Xác định kích thớc cụ thể của lõi thép
Xác đinh tổn hao không tải
Xác định dòng điện không tải và hiệu suất
Bớc 6 : Tính toán cuộn kháng :
Bớc 7 : Thiết kế vỏ và tính toán nhiệt :
Thiết kế máy biến áp lò 31 Chơng I: Tính toán của đại lợng cơ bản và kích thớc chủ yÕu của máy biÕn áp
Xác định các đại lợng điện cơ bản của máy biến áp
3 = 3500 kVA Dung lợng trên mỗi trụ.
3 = 3500 kVA Trong đó: t: là số trụ tác dụng (là trụ trên đó có dây quấn đối với MBA
S: là công suất định mức của mba.
2 Dòng điện dây định mức tính tơng ứng với dây quấn cao áp, hạ áp. §èi víi mba 3 pha:
√ 3 U (U là điện áp dây tơng ứng). Phía cao áp:
√ 3.300 = 20208 A (nÊc ®iÒu chỉnh cao nhất).
Dây quấn cao áp nối Y- Δ
- Khi dây quấn cao áp nối Y: Uf1 U 1
- Khi dây quấn cao áp nối: Δ Uf1= U1= 22000V
Dây quấn hạ áp nối Δ :
- Điện áp phía hạ áp: Uf2= U2= 300 V
5 Các thành phần điện áp ngắn mạch
Thành phần tác dụng của điện áp ngắn mạch unr P n
10.S 95000 10.10500 = 0,9 % Thành phần phản kháng của điện áp ngắn mạch unx = √ U 2 n −U 2 r = √ 8 2 −0.9 2 = 7,95%
Tra theo tiêu chuẩn Việt Nam
Với cuộn cao áp U1 = 22 KV suy ra Ut1 = 50KV.
Với cuộn hạ áp U2 = 300 V suy ra U t 2 = 3 KV.
7 Các khoảng cách cách điện
- Cách điện chính là phần cách điện giữa các dây quấn với nhau cũng nh giữa các bộ phận nối đất Nó phải đảm bảo cho máy biến áp làm việc chịu đợc những quá điện áp ngắn hạn do những thao tác thông thờng trong lới (đóng ngắt tải lớn…) hay gặp sự cố (ngắn mạch ,đứt dây…) Cách điện chính đợc xác định trên cơ sở độ bền điện ứng với các điện áp thử đã chọn ở bớc trên.
- Cách điện dọc: Là cách điện giữa các vòng dây, bánh dây, lớp dây Cách điện dọc đảm bảo cho dây quấn chịu đợc những hiện tợng quá điện áp thiên nhiên, thờng do sóng điện áp xung kích của sét truyền từ ngoài đờng dây tới máy biến áp, cách điện này có thể xác định theo độ bền điện cả với tần số 50Hz và cả điện áp xung kích.
- Cách điện của dây dẫn ra và bộ đổi nối: Dây dẫn ra là những dây nối các dây quấn với nhau hay nối từ dây quấn lên sứ xuyên ở nắp máy biến áp hay nối với bộ đổi nối Dây dẫn ra của dây quấn cần đợc cách điện chắc chắn với vở máy ,với xà ép gông … và các bộ phận dẫn điện khác.
- Trong chế tạo máy biến áp, giá thành của vật liệu cách điện chiếm một tỷ trọng rất lớn, điện áp càng cao thì tỷ lệ càng tăng Vì vậy chọn một kết cấu cách điện thích hợp là rất cần thiết, khe hở cách điện,vật liệu và kích thớc của chúng ảnh h- ởng rất lớn đến kết quả cách điện Ví dụ khe hở quá nhỏ có thể dẫn đến việc phóng điện qua khe hở, nếu chọn lớn quá thì kích thớc máy sẽ lớn lên vì vậy chọn chính xác kết cấu cách điện bao gồm vật liệu cách điện và khe hở cách điện là một việc vô cùng quan trọng.
Với Ut1 = 50kV và kết hợp hợp với yêu cầu về công nghệ chế
Khoảng cách giữa cuộn dây và trụ : a 01 = a 02 = 28 mm
Chiều dầy của ống cách điện 1 =5 mm khoảng cách từ xà S 1 @ mm khoảng cách giữa cao áp và hạ áp a 12 = 35 mm khoảng cách giữa các pha a 11 = 20 mm
Tính toán các kích thớc chủ yếu
1 Phơng pháp xác định kích thớc cơ bản
Khi tính toán và thiết kế máy biến áp cần quan tâm đến các chỉ tiêu kinh tế sản xuất và vận hành Hai chỉ tiêu này th- ờng mâu thuẫn với nhau, nhiệm vụ của ngời thiết kế là tìm ra đợc sự hợp lý Tăng tiết diện lõi thép và dây quấn sẽ làm giảm tổn hao sắt từ và tổn hao đồng nhng lại làm tăng giá thành máy biến áp Giảm lõi thép tăng cờng độ từ cảm và giảm tiết diện dây dẫn sẽ làm tăng tổn hao khi vận hành máy Vì vậy khi tính toán cần phải cân nhắc cả về giá thành chế tạo lẫn chi phí do tổn hao khi vận hành máy
Có nhiều phơng pháp đa ra các tiêu chuẩn về quan hệ giữa các kích thớc của máy biến áp để có đợc chi phí vật liệu tác dụng ít nhất mà vẫn đảm bảo một số thông số nh đã yêu cầu.Trong tính toán máy biến áp ngời ta thờng dùng phơng pháp sau:
Chọn đờng kính vòng tròn bao(đờng kính trụ) D làm kích thớc cơ bản ,để xét kích thớc hợp lý
D 4 √ f u S nx β B a r 2 t k k r 2ld cm (1-1), trong đó : S’ = U.I.10 -3 - công suất mỗi trụ của máy biến áp, kVA.
Trong công thức (1-1), ta thấy có 3 nhóm đại lợng :
Những đại lợng cho trớc hoặc do tiêu chuẩn đề ra: S’, f, unx Bt
Những đại lợng phải chọn trong quá trình tính toán: Bt , kld, .
Những đại lợng đợc xác định trong quá trình tính toán: ar , kr. Đại lợng đợc lựa chọn liên quan đến giá thành vật liệu,tới các tham số không tải và ngắn mạch của máy biến áp
Hệ số π.d 12 l gọi là tỷ số kích thớc cơ bản ,thực chất đó là tỷ số giữa chiều dài trung bình của một vòng dây của hai dây quấn CA và HA với chiều cao của dây quấn đó, có ảnh h- ởng rất rõ nét tới đặc tính kinh tế kỹ thuật của máy biến áp.
Về mặt kinh tế: với máy biến áp có cùng công suất, điện áp, tham số kĩ thuật thì khi nhỏ thì d12 sẽ nhỏ và l lớn, máy gầy và cao nếu lớn máy béo và lùn Do đó khi thay đổi ,tỉ lệ giữa trọng lợng thép và đồng trong máy biến áp cũng thay đổi, khi nhỏ, trọng lợng sắt Gfe giảm,trọng lợng Gcu tăng, còn khi lớn thì ngợc lại Hệ số còn ảnh hởng đến các vật liệu kết cấu và do đó ảnh hởng đế giá thành của máy biến áp: Ctd = f(Gfe +Gcu)
Về mặt kỹ thuật: khi tăng đờng kính trụ lõi thép tăng trọng lợng sắt Gfe tăng, tổn hao sắt tăng kéo theo dòng điện không tải tăng, đồng thời trọng lợng đồng Gcu giảm, nếu giữ mật độ dòng điện trong dây quấn không đổi thì tổn hao đồng cũng giảm xuống, khi thay đổi thì điện áp ngắn mạch phản kháng unx và ứng suất cơ trong dây quấn cũng thay đổi
Máy biến áp lò là máy biến áp đặc biệt với các đặc điểm riêng khác máy biến áp thông thờng ta thờng quan tâm đến các chỉ tiêu kỹ thuật nhiều hơn so với chỉ tiêu kinh tế, ảnh hởng của
thay đổi không nhiều trong phạm vi cho phép.Theo kinh nghiệm thì khoảng chọn tối u nằm trong khoảng 1,6 đến 2
Ta có thể tính đờng kính vòng tròn bao và tiết diện lõi thép theo phơng pháp sau:
Công suất một trụ của máy biết áp
Tỉ lệ giữa √ W φ 1 I và B t biến thiên trong phạm vi rất hẹp ta đặt
Diện tích lõi thép tính theo công thức Richter:
S t diện tích tiết diện lõi thép
S công suất ba pha tính theo kVA f là tần số Đờng kính vòng tròn bao quanh trụ
Với K 0 =2.√ 3 , 14 1 K p , K p = 0,850,92 hệ số sử dụng
2 Tính toán các kích thớc chủ yếu
Hệ số K 0 để tính toán bán kính vòng tròn bao tiết diện
K 0 =2.√ 3 , 14 1 K p =2 √ 3 , 14.0 1 , 847 =1,23 Đờng kính vòng tròn bao quanh trụ
Lá thép cách điện bằng vật liệu gốm kerizol,chịu đợc nhiệt độ
800 0 C.Hệ số ép chặt K¿ t ¿ ¿ ¿= 0,95 Diện tích hình học bằng:
0,9520 cm 2 Diện tích tiết gông :
Gông có ba cấp tớng ứng với trụ
Cờng độ từ cảm có thể chọn từ 1,6 1,7 T
Ta chọn từ cảm trong trụ B t =1,675 T Việc lựa chọn này rất quan trọng trong quá trình thiết kế máy biến áp bởi nếu B t nhỏ cho phép giảm tổn hao dong không tải nhng làm trọng lợng thép và dây quấn tăng lên, chọn B t lớn sẽ tiết kiệm vật liệu tác dụng
Cờng độ từ cảm trong gông:
Chọn vật liệu làm mạch từ bằng tôn silic mã hiệu 3406 dầy
= 0,3 mm Chọn kết cấu lõi thép kiểu trụ phẳng gép xen kẽ hỗn hợp Với cách ghép nh vậy đảm bảo dẫn từ tốt, giảm đợc tổn hao không tải và dòng không tải Hơn nữa kết cấu mạch từ vững chắc Điện áp một vòng dây
U v = 4,44.B t S t f = 4,44.1,675.0,1347.50 = 50V Đờng kính trung bình của cuộn dây d 12 = a.D t =1,42.45c,9 cm
Cuộn dây quấn xen kẽ a = 1,4 ~1,42
Tính sơ bộ chiều cao cuộn dây l cd 3,14.d 12 β =
Số cấp điều chỉnh cuộn thứ cấp là 8 thì chiều cao của cuộn dây sẽ cao thêm từ 20 ~ 25%
Nh vậy chiều cao của khu vực điều chỉnh trong phạm vi l dc = (0,20,25).118 = (23,629,5) cm
Chiều cao sơ bộ của cuộn dây là : l cd = 118+25 = 143 cm
Tính toán dây cuốn máy biến áp
Các yêu cầu chung
1 Yêu cầu vận hành a Yêu cầu về điện
Khi vận hành thờng dây quấn MBA có điện áp làm việc bình thờng và quá điện áp do đóng ngắt mạch trong lới điện hay sét đánh gây nên ảnh hởng của quá điện áp do đóng ngắt mạch với điện áp làm việc bình thờng, thờng chủ yếu là đối với cách điện chính của MBA, tức là cách điện giữa các dây quấn với nhau và giữa dây quấn với vỏ máy, con quá điện áp do sét đánh lên đờng dây thờng ảnh hởng đến cách điện dọc của MBA, tức là giữa các vòng dây, lớp dây hay giữa các bánh dây của trong dây quấn. b Yêu cầu về cơ học
Dây quấn không bị biến dạng hoặc h hỏng dới tác dụng của lực cơ học do dòng điện ngắn mạch gây nên. c Yêu cầu về nhiệt
Khi vận hành bình thờng cũng nh trong trờng hợp ngắn mạch, trong thời gian nhất định dây quấn không đợc có nhiệt độ quá cao vì lúc đó chất cách điện sẽ bị nóng mất tính đàn hồi, hoá giòn và mất tính chất cách điện Vì vậy khi thiết kế phải đảm bảo sao cho tuổi thọ của chất cách điện là 15 đến
2 Yêu cầu về chế tạo.
Làm sao cho kết cấu đơn giản tốn ít nguyên vật liệu và nhân công,thời gian chế tạo ngắn, giá thành hạ và phải đảm bảo về mặt vận hành Nh vậy yêu cầu đối với thiết kế là.
+ Phải có quan điểm toàn diện : kết hợp một cách hợp lý giữa hai yêu cầu về chế tạo và vận hành để sản phẩm có chất lợng tốt mà giá thành chấp nhận đợc.
+ Phải chú ý đến kết cấu chế tạo dây quấn sao cho thích hợp với trình độ kỹ thuật của xởng sản xuất.
+ Phải nắm vững những lý luận có liên quan đến dây quấn CA, vật liệu cách điện.
II Tính toán dây quấn hạ áp
1 Dòng điện thứ cấp ở mỗi nhánh (chia làm 3 nhóm)
3 Số vòng dây một pha của dây quấn hạ áp
U v 30050 = 6 Vòng Vì dây quấn nối song song số vòng dây trong một nhánh cũng là 6 (vòng)
4 Chọn mật độ dòng điện 2 = 3,57 A/mm 2
5 Tiết diện dây của một nhóm dây quấn thứ cấp
Chọn dây trần bằng đồng 4.136 chiều dày b = 136 mm
Bố trí dây quấn trên trụ nh sau : Mỗi bánh dây là một vòng, một nhóm có 12 bánh chia làm hai nhóm nhỏ mỗi nhóm nhỏ có 6 bánh
Vậy tiết diện của tổng cộng của một nhánh S2nh 2.4.13688 mm 2
Mỗi pha có 2 đầu dây đa ra nắp máy , nối thành ở ngoài nắp máy
- Chiều rộng dây quấn hạ áp
- Chiều cao của dây quấn hạ áp
Khoảng cách giữa các galet 2.5.9+2.11.9 = 288 mm
Tổng cộng chiều cao h 2 C2 mm
7 Đờng kính trong dây quấn hạ áp
8 Đờng kính ngoài dây quấn hạ áp
9 Đờng kính trung bình của dây quấn hạ áp
10 Khối lợng đồng dây quấn hạ áp
1 Dòng điện sơ cấp ở mỗi nhánh(chia làm 3 nhóm)
2 Số vòng dây của dây quấn cao áp khi nắc ở nấc điều chỉnh thứ nhất
300 D0 Vòng Tơng tự số vòng dây ở các nấc có trong bảng
3 Chọn mật độ dòng điện
4 Tiết diện dây của một nhóm dây quấn sơ cấp
2,5x6,0 3,4x6,9 ,cách điện 6P Thực hiện dây quấn xoán ốc liên tục có 15 nhóm trong một nhóm có 11 bánh dây và 5 bánh điều chỉnh ,khoảng cách giữa hai bánh dây 10 mm
Bè trÝ trong mét nhãm nh sau :
5 bánh điều chỉnh loại 32 tổng cộng là 160 vòng
Tiết diện của dây quấn cao áp là S 1 =3 S1nh=3.14,45C,35 mm 2
- Chiều rộng dây quấn cao áp
- Chiều cao của dây quấn cao áp
Dây quấn cao áp 3.6,9.16= 311 mm Khoảng cách giữa các galet 3.15.10 = 450 mm
Tổng cộng chiều cao h 1 = 781 mm
Khoảng cách cao áp và hạ áp : 6.35 = 210 mm
Vậy tổng chiều cao của dây quấn là l cd = 781+432+210 1423 mm
6 Đờng kính trong dây quấn cao áp
7 Đờng kính ngoài dây quấn cao áp
8 Đờng kính trung bình của dây quấn cao áp
9 Khối lợng đồng dây quấn cao áp
Khối lợng đồng ở dây quấn điều chỉnh
Bảng các nấc điều chỉnh ở cuộn cao áp
Hạ áp Đấu d©y phÝa cao áp
Sè vòng cuén cao áp
Sơ đồ bố trí dây quấn cao áp và hạ áp đợc bố trí trên trụ nh sau :
Tính toán dây quấn cao áp
Sau khi bố trí dây quân phải kiểm nghiệm lại đặc tích của máy biến áp liên quan đến kết cấu của dây quấn Đó là tổn hao ngắn mạch Pn và điện áp ngắn mạch Un,dòng điện cực đại khi ngắn mạch In,lực cơ giới trong dây quấn và sự phát nóng của dây quân khi ngắn mạch.
Tổn hao ngắn mạch của máy biến áp gồm các thành phần sau:
1 Tổn hao chính:l à tổn hao đồng trong dây quấn cao áp và hạ áp do dòng điện gây ra Pcu1, Pcu2.
2 Tổn hao phụ trong hai dây quấn: Do từ thông tản xuyên qua dây quấn làm cho dòng điện phân bố không đều trong tiết diện dây gây ra Pf1, Pf2.
3 Tổn hao phụ trong dây dẫn ra Pr1, Pr2
4 Tổn hao ở vở và kết cấu kim loại khác: Pvỏ
Do đó tổng tổn hao ngắn mạch là :
Pn= Pcu1+ Pcu2+Pf1+ Pf2 +Pr1+ Pr2 + Pvá W
Tổn hao đồng trong dây quấn cao áp:
Tổn hao đồng trong dây quấn hạ áp:
Tổn thất phụ trong cuộn dây xen kẽ giống nh máy biến áp điện lực thông thờng, song ở đây trong cuộn dây xen kẽ chiều dài của cạch vuông góc với từ thông dò lớn nên tổn thất phụ của nó lớn hơn nhiều so với trờng hợp của dây quấn đồng tâm.
Tổn thất phụ do từ thông dò ứng với 1kg: p =8,32.B 2 a 2 10 −6
Tính toán các tham số ngắn mạch
Tổn hao ngắn mạch
Tổn hao ngắn mạch của máy biến áp gồm các thành phần sau:
1 Tổn hao chính:l à tổn hao đồng trong dây quấn cao áp và hạ áp do dòng điện gây ra Pcu1, Pcu2.
2 Tổn hao phụ trong hai dây quấn: Do từ thông tản xuyên qua dây quấn làm cho dòng điện phân bố không đều trong tiết diện dây gây ra Pf1, Pf2.
3 Tổn hao phụ trong dây dẫn ra Pr1, Pr2
4 Tổn hao ở vở và kết cấu kim loại khác: Pvỏ
Do đó tổng tổn hao ngắn mạch là :
Pn= Pcu1+ Pcu2+Pf1+ Pf2 +Pr1+ Pr2 + Pvá W
Tổn hao đồng trong dây quấn cao áp:
Tổn hao đồng trong dây quấn hạ áp:
Tổn thất phụ trong cuộn dây xen kẽ giống nh máy biến áp điện lực thông thờng, song ở đây trong cuộn dây xen kẽ chiều dài của cạch vuông góc với từ thông dò lớn nên tổn thất phụ của nó lớn hơn nhiều so với trờng hợp của dây quấn đồng tâm.
Tổn thất phụ do từ thông dò ứng với 1kg: p =8,32.B 2 a 2 10 −6
Trong đó pf1: Tổn thất ở cuộn cao áp ứng với 1kg a: bề dày của dây dẫn bố trí vuông góc với phơng của từ thông
H p : bề rộng theo phơng bán kính của cuộn dây
Xác định hệ số Rogowski
Tổn thất phụ ở cuộn cao áp:
Tổn thất phụ ứng với 1 kg pf1=8,32.Bf1 2 a 1 2 10 −6 =8,32.1682 2 0,6 2 10 −6 = 8,47 W/kg
Tổn thất phụ ở cuộn hạ áp:
Tổn thất phụ ứng với 1 kg pf2=8,32.Bf2 2 a 2 2 10 −6 =8,32.1621 2 0,4 2 10 −6 = 3,756 W/kg
3 Tổn hao ở đầu dây ra
Với dây quấn cao áp
+) Chiều dài dây dẫn ra: lr1 18.l = 18.1342$91 cm
+) I = 159,1 tra bảng 10 tài liệu quy cách dây tròn tiết diện S 1
+) Trọng lợng đồng của dây quấn:
+) Tổn hao trong dây dẫn ra:
Với dây quấn hạ áp
+) Chiều dài dây dẫn ra: lr2 14.l 1342 3,8 cm
+) I 2 = 3889 A tra bảng 10 tài liệu …qui cách dây chữ nhật S r 2 10X100 mm
+) Trọng lợng đồng của dây quấn:
Mật độ dòng điện trong dây dẫn ra ' 2 I 2
4 Tổn hao ở vỏ và các bộ phận khác Đối với máy biến áp có dòng điện lớn (nh ở máy biến áp lò) Đầu dây ra là những thanh đồng dẹp thì tổn thất ở vỏ và các bộ phận khác đợc tính nh sau:
Hệ số K vỏ tùy theo cách mắc dây của cuộn hạ thế mà có quan hệ với giá trị của M đợc xác định ở bảng 19 tài liệu
S dung lợng của máy biến áp kVA
U điện áp giữa 2 đầu dây ra n số cặp dây ra hạ thế (n =3)
M 10500 10 3 3.3 2 300 2 = 4,3 Tra bảng ta đợc K vỏ = 10,43
100 (31851+33353+311+6243)t80W Vậy tổng tổn hao ngắn mạch là:
Sai lệch so với tiêu chuẩn:
Nh vậy so với máy biến áp điện lực có cùng công suất thì máy biến áp lò có tổn hao ngắn mạch là lớn hơn, thực tế có thể chấp nhận đợc bởi vì dải điều chỉnh điện áp trong máy biến áp lò là lớn, kích thớc cuộn cao áp và hạ áp phải tăng do phải làm thêm số lợng lớn các vòng dây điều chỉnh.
Tính điện áp ngắn mach
Trị số Un là một tham số rất quan trọng ảnh hởng tới những đặc tính vận hành cũng nh kết cấu của máy Điện áp ngắn mạch toàn phần:
1 Thành phần điện thế ngắn mạch tác dụng
2 Thành phần điện thế ngắn mạch phản kháng
Trong đó : f: tÇn sè (Hz)
U v : điện áp một vòng dâyV
R: bán kính trung bình của cuộn dây
L R : bề dày theo phơng bán kính của cuộn cao áp và hạ áp n: sè nhãm
D chiều cao các khe rò đợc xác định bởi cách bố trí xen kẽ
Số galet trong tất cả các nhóm đều bằng nhau và khoảg cách các khe giữa các galet đều nh nhau Nh vậy chiều cao của các khe rò trong trờng hợp này đợc tính theo công thức
3 + K P P + K m m Trong đó: a 12 (cm)là chiều cao khe dò giữa 2 cuộn dây.tức là khoảng cách theo hớng trục giữa phần đồng của cuộn dây cao áp và đến phần đồng của cuộn dây hạ áp a1 ,a2 là chiều cao phần đồng của toàn bộ Số galet cuộn sơ cấp và thứ cấp trong một nhóm
P , m khoảng cách giữa các khe thông dầu
K P , K m tùy theo số galet của cuộn cao và hạ nó đợc tính theo
Tính thành phần phản kháng ở đâu dây ra d, ,l p (cm) lấy tơng ứng với số đầu ra hay số nhóm n Điện trở kháng trên mỗi đơn vị chiều dài của đầu dây ra đợc tính bằng công thức sau: x dayra 7,9.f.(d+δ
Nếu khoảng cách từ đầu ra đến vỏ thùng thay đổi thì ta tính trong một khoảng nhất định nào đó rồi lấy trung bình x dayra 7,9.f.(d+δ
=3,17.10 −7 vËy X dayra = L r 2 x dayra = 7.l cd x dayra = 7.138,4.3,17 10 −7 = 3.10 −4
300 =0,39 % Điện áp phản kháng bao gồm cả thành phần phản kháng ở đầu d©y ra :
Nh vậy điện áp ngắn mạch lớn hơn tiêu chuẩn là
8 = 4 % Điện kháng ngắn mạch toàn bộ đợc chọn:
Tính lực cơ học khi ngắn mạch
1 Trị số hiệu dụng của dòng điện ngắn mạch cực đại
Trị số cực đại (xung kích ) dòng ngắn mạch
)8 A Nhiệt độ của cuộn dây sau khi ngắn mạch 5 s
3,51)−5 +90 o C Thời gian vận hành ngắn mạch cho đến nhiệt độ 250 o C
2 Tính toán lực cơ học khi ngắn mạch
Lực cơ học sinh ra do tác dụng của dòng điện trong dây quấn với từ thông giứa các cuộn dây có từ thông tản dọc trục và ngang trục vì vậy cũng sẽ có phần lực cơ học ngang và dọc trục. Trong trờng hợp cuộn dây xen kẽ lực tác dụng chủ yếu theo hớng trục theo lực này các galet đầu và cuối có xu hớng bị nén vào xà các galet giữa thì đẩy lẫn nhau Để chịu đợc lực này phải bố trí căn giữa cuộn dây và hai đầu cuộn dây sao cho chắc chắn Lực tác dụng theo hớng bán kính rất bé nên ở đây ta chỉ tính lực dọc trục công thức của nó nh sau: a Lực dọc trục
I max : Dòng điện ngắn mạch cực đại l w : Chiều dài một vòng dây n : Sè nhãm l R : Bề dầy theo phơng bán kính của cuộn dây l R l R2 +l R1
W Số vòng dây định mức
= 2575 kg b ứng lực nén σ nen F truc n.l R b kg/cm 2 Trong đó n: số căn dọc b: bề rộng của căn mang cá σ nen 2575 10.13,6.4 = 4.73 kg/cm 2 c Lực cực đại ở cuộn dây cao áp
Trong đó: m: Số galet trong một nhóm của cuộn cao áp n: Số căn dọc d Mô nen uốn
D tb : §êng kÝnh trung b×nh n: số căn dọc b: bề rộng căn mang cá
Tính toán cuối cùng về hệ thống mạch từ
Xác định kích thớc cụ thể của lõi thép
Ta chọn kết cấu lõi thép kiểu ba pha ba trụ, lá thép xen kẽ (tệp
2 lá thép) bằng thép cán nguội 3406 dày 0,3 mm, có 4 mối ghép ở 4 góc, 3 mối ghép thẳng ở giữa Trụ ép bằng đai thủy tinh,không dùng tấm sắt đệm Gông ép bằng U sắt Đờng kính trụ sắt d = 45cm ta chọn: Số bậc thang trong trụ n t = 9 bậc theo tiêu chuẩn hóa ta chọn bậc trong gông n g = 3 bậc Chiều dày lá thép tính bằng (mm), chiều dày lá thép tính cả cách điện là 0,32 mm
Mặt cắt tiết diện trụ và gông
1 ChiÒu cao trô: lt = l cd +2.l 0 = 1423 + 2.40 = 1503 mm
2 Khoảng cách giữa hai tấm trụ:
D là đờng kích trụ a 12 khoảng cách hai cuộn dây ở hai bên trụ e khoảng cách từ dây quấn tới tới trụ
3 Tổng tiết diện các bậc trong trụ:
Trong đó a T ,b T là chiều dài và chiều ngang của bậc:
Diện tích có ích của trụ:
4 Diện tích có ích của gông:
8 Khối lợng trụ (kể cả phần gạch chéo góc)
10 Trọng lợng sắt toàn bộ của trụ và gông là:
II Tính tổn hao không tải và dòng điện không tải
Khi cấp điện áp xoay chiều có tần số định mức vào cuộn dây sơ cấp và các cuộn dây khác hở mạch gọi là chế độ không tải Tổn hao ứng với chế độ không tải gọi là tổn hao không tải. Tổn hao không tải của máy biến áp gồm có: tổn hao trong lá thép silic, tổn hao trong vỏ máy và các chi tiết bằng sắt khác, tổn hao đồng trong dây quấn do dòng điện không tải gây ra, tổn hao do dòng điện rò trong các chất cách điện.
Do máy làm việc với tần số công nghiệp nên tổn hao trong chất cách điện rất nhỏ không đáng kể Tổn hao đồng lúc không tải ở dây quấn sơ cấp rất nhỏ có thể bỏ qua do dòng điện từ hóa rất nhỏ so với dòng điện định mức Tổn hao trong vỏ máy đợc tính gộp trong tổn hao phụ nên chỉ còn lại tính tổn hao trong
Ta có thể xem tổn hao không tải gồm hai thành phần: tổn hao trong trụ sắt và tổn hao trong gông từ
Mật độ từ cảm trong trụ
4,44.f.S t = 1,672T Dựa vào bảng tra với thép mã hiệu 3406 dày 0,3 mm ta có
Mật độ từ cảm trong gông
T Dựa vào bảng tra với thép mã hiệu 3406 dày 0,3 mm ta có
Trong đó K p hệ số tổn hao phụ lõi thép máy biến áp ba pha ,mạch từ khung đơn ,thép cán nguội ủ phục hồi Tra bảng ta có K p =1,25 ở đây ta lấy K p =1.1 vì khối lợng trụ ta đã tính cả gãc
G t , G g là khối lợng trụ và gông p t , p g là suất tổn hao trụ và gông
Sai lệch so với tiêu chuẩn
Thỏa mãn so với tiêu chuẩn
Với K 1 f là hệ số kể đến việc phục hồi từ tính không hoàn toàn sau khi ủ, K 2 f
Kể đến tổn hao phần góc lõi thép, tra bảng nội suy với B t 1,672 K b =2,2
- q t ,q g ,q 5 là các suất tổn hao từ hóa đã chọn ở mục trên
Với mạch từ có 4 mối ghép xiên và 3 mối ghép thẳng ta tính đợc suất tổn hao ở khe hở không khí q 5 = (4/7.6225+3/7.7050).B t 2 = 6578.1.672 2 390 VAr/m 2
4 Thành phần phản kháng của dòng điện không tải i 0 x Q 0
5 Thành phần tác dụng của dòng điện không tải i 0r P 0
6 Dòng điện không tải toàn phần i 0 =√ i 2 or +i 2 ox = √ 0.108 2 +0.473 2 =0,485%
7 Hiệu suất của máy biến áp η=( 1− P dm P +P 0 + P 0 +P n n ) 100 = ( 1−11351+95747
Chơng V: Tính toán cuộn kháng
Cuộn kháng điện đợc mắc vào máy biến áp để tăng điện kháng với mục đích nhằm hạn chế dòng điện ngắn mạch Trong máy biến áp lò ngời ta đặt các chất không từ tính vào các khe mà từ thông chính đi qua (tức là khe hở của lõi thép)
Ngời ta có thể chế tạo cuộn kháng một pha hay ba pha, có lõi thép hay không có lõi thép (không khí ), ở cuộn kháng có lõi thép do từ thông lớn hơn so với cuộn kháng không có lõi thép nên độ từ cảm của nó lớn hơn Nhng ở cuộn kháng có lõi thép theo sự biến đổi của dòng điện,giá trị của độ từ cảm sẽ biến đổi trong phạm vi rất rông Vì vậy đặc tính điện áp và dòng điện của nó là một đờng thẳng và ta phải lấy giá trị mật độ từ thông nhỏ đi Mật độ từ thông lấy bé đi thì tiết diện của trụ sẽ lớn lên Bình thờng đối với tôn cán nóng mật độ từ thông ở trụ lấy khoảngBt = 8000GS, đối với tôn cán lạnh lấy khoảng Bt 9000 đến 15000GS.
Trụ cuộn kháng cần phải đợc cố định vững chắc với sắt kẹp bằng vít cấy,sở dĩ nh vậy là vì khi vận hành do lực từ của lõi thép sẽ xảy ra hiện tợng co lại của các khe hở ,làm rung máy và phát ra âm,chiều cao của trụ cắt thờng láy khoảng 5,7 đến 10 cm Đờng kính của lõi thép là 25 cm thì bố trí một dãy vít ép trụ,đờng kính trên 25 cm thì bố trí 2 dãy ,đờng kính lớn hơn
25 cm song chiều cao trụ sắt là 7 đến 10 cm thì ép bằng 4 vít Tất cả các trụ cắt đều phải mối đất Ngoài ra tất cả các cấu tạo khác đều giống cấu tạo của lõi thép máy biến áp điện lùc
Cuộn kháng đợc mắc vào điện áp pha nên thông số của nó đợc tính toán nh sau:
1 Dòng điện chạy trong cuộn kháng
2 Điện thế của cuộn kháng
3 Công suất của kháng điện
4 Diện tích trụ ,tính giống nh ỏ máy biến áp
Hệ số K 0 để tính toán bán kính vòng tròn bao tiết diện
K 0 =2.√ 3 , 14 1 K p =2 √ 3 , 14.0 1 , 847 = 1,23 Đờng kính vòng tròn bao quanh trụ
Lấy đờng kính trụ D t = 21 cm
Lá thép cách điện bằng vật liệu gốm kerizol,chịu đợc nhiệt độ
800 0 C Hệ số ép chặt K¿ t ¿ ¿ ¿= 0,95 Diện tích hình học bằng:
K t 2800,95)5 cm 2 Dùng thép cán lạnh có chiều dày 0,3mm, gông chọn hai cấp tơng ứng với trụ.Cờng độ từ cảm trụ chọn Bt= 1,106 T, điện áp trên mét vong d©y
Số vòng dây Wk 15406,875"4 vòng
Chọn mật độ dòng điện δ k = 3,16 A/mm 2 Tiết diện dây quấn
Dây quấn thực hiện theo kiểu xoắn ốc liên tục Tổng cộng chia làm 38 galet:
Galet 1 đến 34 mỗi galet có 6 vòng = 204 vòng
Galet 35 đến 38 mỗi galet có 5 vòng = 20 vòng
Galet có 5 vòng dây phải đệm bìa cách điện để cùng chiều cao với các galet khác
Chiều rộng của cuộn dây ak = 6.4,7(,2 mm
Chiều cao của dây quấn hk = 627,3 mm
Khe hở giữa các galet 37.3,5 = 129,5 mm
Hệ số K ' = 1,1 1,2 xét từ thông rò khe hở không khí (làm tăng diện tích dẫn từ của khe hở )
Chia làm 9 khe mỗi khe 7mm Chiều cao của trụ cắt l cat = 5 cm Dây quấn bố trí ở cửa sổ kháng điện đợc trình bày ở hình 6-
2 mạch từ đợc trình bày ở hình 6-3.Trên hình 6-4 trình bày một tệp lá thép trụ,Xếp lá thép
Hình 6.1:tiết diện trụ và gông
Hình 6.2:Dây quấn ở của sổ kháng điện
Hình 6.4 : Một tệp lá thép trụ và xếp các lá thép
Chơng VI: Tính toán nhiệt máy biến áp
Tính toán nhiệt là tính toán về nhiệt ở trạng thái xác lập nghĩa là khi MBA làm việc liên tục với tải định mức, ở trạng thái xác lập này toàn bộ nhiệt lợng do dây quấn và lõi thép phát ra đều khuếch tán ra xung quanh. Đờng khuếch tán của dây điện có thể phân ra làm các loại sau.
1 Từ dây quấn hay lõi thép ra một cuộn ngoài tiếp xúc với dầu bằng truyền dẫn.
2 Quá độ từ mặt ngoài dây quấn hay lõi thép vào dầu.
3 Từ dầu ở mặt ngoài dây quấn hay lõi thép truyền tới mặt trong thùng dầu đối lu.
4 Quá độ truyền từ dầu vào trong vách thùng dầu.
5 Cuối cùng là nhiệt từ vách thùng truyền ra không khí xung quanh bằng bức xạ và đối lu.
Nói chung trong phần tính toán nhiệt của MBA gồm các phÇn sau:
+ Tính nhiệt độ chênh trong lòng dây quấn hay lõi thép với mặt ngoài của nó.
+ Qua mỗi lần truyền nhiệt để nhiệt độ giảm dần nghĩa là nó gây nên một lợng suy nhiệt độ, kết quả là so với môi tr- ờng không khí xung quanh thì các bộ phận trong MBA có nhiệt độ chênh nào.
Trị số dòng nhiệt càng liệt càng lớn thì nhiệt độ chêng càng lớn 0
Nhịêt độ chênh giữa mặt ngoài dây quấn với dầu 0
Nhiệt độ chênh giữa dầu với vách thùng dt
Nhiệt độ vênh giữa vách thùng và không khí tk
+ Chọn kích thớc thùng dầu đảm bảo toả nhiệt tốt, nghĩa là làm sao cho nhiệt độ dây quấn lõi sắt và dầu không quá mức quy định.
+ Kiểm tra nhiệt độ chệnh của dây quấn, lõi thép và dầu đối với không khí.
Nh vậy việc tính toán nhiệt của MBA khá phức tạp, nó ảnh hởng rất nhiều tới tuổi thọ của MBA và chế độ làm việc định mức của MBA Việc tính toán nhịêt này cũng còn liên quan tới việc thiết kế thùng dầu và các bộ phận tản nhiệt khác.
II Tính nhiệt độ chênh qua từng phần
1.Nhiệt chênh trung bình của dây quấn đối với dầu Đối với dây quấn xen kẽ ,dây quấn gồm nhiều bánh kép ,giữa bánh dây có khe làm mát hớng kính ,mỗi dây dẫn có hai mặt tiếp xúc với dòng dầu
Do nhiệt dẫn của kim loại lớn hơn nhiệt dẫn cách điện nhiều lần, vì vậy có thể xem độ tăng nhiệt trung bình của dây quấn so với dầu chính là độ chênh nhiệt độ ở lớp cách điện θ 3 cộng với độ chênh nhiệt mặt ngoài dây quấn so với dầu θ 4 θ utb =θ u max = + θ 4
Thay vào ta đợc : θ utb =θ u max = q.( δ c λ c + α1 k ) λ c là suất dẫn nhiệt của lớp cách điện của dây quấn, ta chọn λ c
Phụ tải nhiệt của dây của bề mặt dây quấn : q ΔP '
Tổn hao trong bánh dây : ΔP ' = k.I 2 R = k δ 2 S.m.l tb ρ
Trong đó : m : là số vòng trong bánh dây k : hệ số tăng tổn hao do dòng điện xoay chiều δ : mật độ dòng điện ρ : điện trở suất dây dẫn ở nhiệt độ xét l tb : chiều dài trung bình một vòng dây
Hệ số ξ kể đến căn dọc và căn giữa bánh dây, có thể gần đúng lấy bằng 0,70 0,75.Thay vào ta đợc: q k.ρ.δ 2 S.m
2.(h ' +mc ' )ξ q kí hiệu phụ tải nhiệt toàn bộ bánh dây (kể cả mặt đứng và mặt nằm ngang).giả thiết trị số α k = (55 65W/m 2 0 C),phụ tải nhiệt bề mặt trờng hợp dây quấn đang xét bằng 12001800W/m 2 , khi làm mát bằng cách bơm dầu cỡng bức hệ sè α k t¨ng tõ 2030%
+ Tính cho dây quấn cao áp q 1 1,2.0,0217.3,675 2 14,45.40 2.(6,9+ ' 40.3,4)0,75 10 3
= 950 W/m 2 nhiệt độ chênh trung bình của dây quấn đối với dầu: θ utb1 =θ u max 1 = 950 (
60 ) = 18.3 0 C +Tính cho dây quấn hạ áp
Dây hạ áp là dây trần không cách điện: q 1 1,2.0,0217.3,58 2 544 2.(4+136)0,75 10 3
= 864,5 W/m 2 nhiệt độ chênh trung bình của dây quấn đối với dầu: θ utb 1 =θ u max 1 = 864,5.
2 Nhiệt độ chênh giữa dầu và vách thùng dt
Tính toán nhiệt máy biến áp
Đại cơng
Tính toán nhiệt là tính toán về nhiệt ở trạng thái xác lập nghĩa là khi MBA làm việc liên tục với tải định mức, ở trạng thái xác lập này toàn bộ nhiệt lợng do dây quấn và lõi thép phát ra đều khuếch tán ra xung quanh. Đờng khuếch tán của dây điện có thể phân ra làm các loại sau.
1 Từ dây quấn hay lõi thép ra một cuộn ngoài tiếp xúc với dầu bằng truyền dẫn.
2 Quá độ từ mặt ngoài dây quấn hay lõi thép vào dầu.
3 Từ dầu ở mặt ngoài dây quấn hay lõi thép truyền tới mặt trong thùng dầu đối lu.
4 Quá độ truyền từ dầu vào trong vách thùng dầu.
5 Cuối cùng là nhiệt từ vách thùng truyền ra không khí xung quanh bằng bức xạ và đối lu.
Nói chung trong phần tính toán nhiệt của MBA gồm các phÇn sau:
+ Tính nhiệt độ chênh trong lòng dây quấn hay lõi thép với mặt ngoài của nó.
+ Qua mỗi lần truyền nhiệt để nhiệt độ giảm dần nghĩa là nó gây nên một lợng suy nhiệt độ, kết quả là so với môi tr- ờng không khí xung quanh thì các bộ phận trong MBA có nhiệt độ chênh nào.
Trị số dòng nhiệt càng liệt càng lớn thì nhiệt độ chêng càng lớn 0
Nhịêt độ chênh giữa mặt ngoài dây quấn với dầu 0
Nhiệt độ chênh giữa dầu với vách thùng dt
Nhiệt độ vênh giữa vách thùng và không khí tk
+ Chọn kích thớc thùng dầu đảm bảo toả nhiệt tốt, nghĩa là làm sao cho nhiệt độ dây quấn lõi sắt và dầu không quá mức quy định.
+ Kiểm tra nhiệt độ chệnh của dây quấn, lõi thép và dầu đối với không khí.
Nh vậy việc tính toán nhiệt của MBA khá phức tạp, nó ảnh hởng rất nhiều tới tuổi thọ của MBA và chế độ làm việc định mức của MBA Việc tính toán nhịêt này cũng còn liên quan tới việc thiết kế thùng dầu và các bộ phận tản nhiệt khác.
II Tính nhiệt độ chênh qua từng phần
1.Nhiệt chênh trung bình của dây quấn đối với dầu Đối với dây quấn xen kẽ ,dây quấn gồm nhiều bánh kép ,giữa bánh dây có khe làm mát hớng kính ,mỗi dây dẫn có hai mặt tiếp xúc với dòng dầu
Do nhiệt dẫn của kim loại lớn hơn nhiệt dẫn cách điện nhiều lần, vì vậy có thể xem độ tăng nhiệt trung bình của dây quấn so với dầu chính là độ chênh nhiệt độ ở lớp cách điện θ 3 cộng với độ chênh nhiệt mặt ngoài dây quấn so với dầu θ 4 θ utb =θ u max = + θ 4
Thay vào ta đợc : θ utb =θ u max = q.( δ c λ c + α1 k ) λ c là suất dẫn nhiệt của lớp cách điện của dây quấn, ta chọn λ c
Phụ tải nhiệt của dây của bề mặt dây quấn : q ΔP '
Tổn hao trong bánh dây : ΔP ' = k.I 2 R = k δ 2 S.m.l tb ρ
Trong đó : m : là số vòng trong bánh dây k : hệ số tăng tổn hao do dòng điện xoay chiều δ : mật độ dòng điện ρ : điện trở suất dây dẫn ở nhiệt độ xét l tb : chiều dài trung bình một vòng dây
Hệ số ξ kể đến căn dọc và căn giữa bánh dây, có thể gần đúng lấy bằng 0,70 0,75.Thay vào ta đợc: q k.ρ.δ 2 S.m
2.(h ' +mc ' )ξ q kí hiệu phụ tải nhiệt toàn bộ bánh dây (kể cả mặt đứng và mặt nằm ngang).giả thiết trị số α k = (55 65W/m 2 0 C),phụ tải nhiệt bề mặt trờng hợp dây quấn đang xét bằng 12001800W/m 2 , khi làm mát bằng cách bơm dầu cỡng bức hệ sè α k t¨ng tõ 2030%
+ Tính cho dây quấn cao áp q 1 1,2.0,0217.3,675 2 14,45.40 2.(6,9+ ' 40.3,4)0,75 10 3
= 950 W/m 2 nhiệt độ chênh trung bình của dây quấn đối với dầu: θ utb1 =θ u max 1 = 950 (
60 ) = 18.3 0 C +Tính cho dây quấn hạ áp
Dây hạ áp là dây trần không cách điện: q 1 1,2.0,0217.3,58 2 544 2.(4+136)0,75 10 3
= 864,5 W/m 2 nhiệt độ chênh trung bình của dây quấn đối với dầu: θ utb 1 =θ u max 1 = 864,5.
2 Nhiệt độ chênh giữa dầu và vách thùng dt
Cách tính nhiệt độ chênh này cũng phụ thuộc vào phụ tải nhiệt nh công thức trên nhng thờng nhiệt độ chênh này không quá 36 0 C, do đó sơ bộ có thể lấy dt = 4 0 C
3 Nhiệt độ chênh giữa vách thùng và không khí tk
Nhiệt độ từ vách thùng truyền ra không khí xung quanh theo 2 đờng ,một bộ phận truyền ra theo phơng pháp đối lu, một bộ phận truyền ra theo phơng pháp bức xạ
Việc tính toán nhiệt cho nửa vách thùng và không khí tk liên quan đến việc tính toán mặt bức xạ và đối lu của thùng, tới đây ta tính toán thùng vì thế căn cứ vào nhiệt độ đo cho
Cuối cùng sẽ tìm đợc nhiệt độ chênh giữa thùng và không khí. Trị số tk phải đợc kiểm tra xem lại có đạt đợc nhiệt độ chênh cho phép không, nếu đạt ta chọn sơ bộ tk= 40 0 C
III Tính toán nhiệt của thùng dầu
Nh ta đã biết, thùng dầu đồng thời là vỏ máy của MBA, trên đó có đặt các chi tiết máy rất quan trọng nh sứ ra của dây quấn CA và HA, ống phóng nổ, bình giãn dầu Vì vậy thùng dầu ngoài yêu cầu đảm bảo tản nhiệt tốt còn phải đảm bảo các tính năng về điện ( nh đảm bảo khoảng cách cho phép giữa dây quấn với thùng), có độ bền cơ học đảm bảo, chế tạo đơn giản và có khả năng rút gọn đợc kích thớc bên ngoài Việc tính toán ở đây là căn cứ vào yêu cầu tản nhiệt để thiết kế đợc một loại thùng thích hợp, sau đó kiểm tra lại xem về yêu cầu cần tản nhiệt có đạt hay không, nghĩa là xét xem với kết cấu thùng nh vậy nhiệt độ chênh của các bộ phận của máy biến áp có đạt tiêu chuẩn nhà nớc qui định hay không Vì vậy trình tự tính toán thùng dầu có thể tiến hành theo các bớc sau:
MBA S = 10500 kVA Ta chọn loại thùng kiểu ống cong bộ tản nhiệt kép và có thêm quạt gió
2 Chọn kích thớc tối thiểu bên trong của thùng
Căn cứ vào kích thớc đã biêt của lõi sắt, dây quấn, để chọn các khoảng cách cách điện tối thiểu từ dây dẫn ra đến các bề mặt của dây quấn, đến vách thùng và bộ phận nối đất khác của máy biến áp Từ đó sẽ quyết định đợc kích thớc tối thiểu bên trong của thùng.Khoảng cách cách điện chọn theo bảng (21-5,6,7,8,9) TL1 và điện áp thử Ut1P KV,Ut2 = 3 KV a Đây là MBA lò 3 pha điện áp sơ cấp 22 kV
Nên chiều rộng của thùng là :
+ D’’2 = 778 mm đờng kính ngoài của dây quấn CA
+ S1 = 32 mm là khoảng cách từ dây ra của dây quấn cao áp đến vách thùng
+S 2 = 32 mm là khoảng cách từ dây ra của dây quấn cao áp đến xà ép gông + S3 = 25 mm khoảng cách dây dẫn ra của dây quấn HA đến mặt dây quấn đến bộ phận nối đất.
+ S4 = 50 mm khoảng cách từ dây quấn HA đến vách thùng.
+ d 1 bề dầy dây dẫn ra cuộn cao áp d 1 = 7,5 mm
+ d2 bề dầy dây dẫn ra cuộn hạ áp, d2 = 10 mm
Nh vËy B = 778+32+32+7,5+25+50+10 = 935,4 mm b Chiều dài tối thiểu của thùng.
S5 là khoảng cách giữa dây quấn cao áp và vách thùng với điện áp thử là 50 KV có thể coi
Thay số vào ta đợc.
A = 2 798 + 778 + 2 85 = 3322 mm c Chiều cao của thùng
H1: là chiều dài từ thùng đến hết chiều cao lõi thép
Lt 03 mm n chiều dày tấm lót dới gông dới có thể lấy n = 100 mm VËy: H1 = 1503 + 2 440 + 100 = 2485 mm
H2: là khoảng cách tối thiểu từ gông đến nắp thùng ,thiết kế sao cho đảm bảo đặt đợc các sứ xuyên ,dây dẫn ra, các bộ điều chỉnh điện áp ta chọn H2= 517 mm
3 Sơ bộ tính diện tích bề mặt bức xạ đối lu của thùng a Diện tích bề mặt bức xạ Đối với thùng có đáy ô van
Mfcn = 2.(A+B) H là diện tích thùng thẳng hình chữ nhật
Ta chọn K = 1,2: hệ số ảnh hởng hình đáy mặt ngoài thùng
Tính toán nhiệt của thùng dầu
Nh ta đã biết, thùng dầu đồng thời là vỏ máy của MBA, trên đó có đặt các chi tiết máy rất quan trọng nh sứ ra của dây quấn CA và HA, ống phóng nổ, bình giãn dầu Vì vậy thùng dầu ngoài yêu cầu đảm bảo tản nhiệt tốt còn phải đảm bảo các tính năng về điện ( nh đảm bảo khoảng cách cho phép giữa dây quấn với thùng), có độ bền cơ học đảm bảo, chế tạo đơn giản và có khả năng rút gọn đợc kích thớc bên ngoài Việc tính toán ở đây là căn cứ vào yêu cầu tản nhiệt để thiết kế đợc một loại thùng thích hợp, sau đó kiểm tra lại xem về yêu cầu cần tản nhiệt có đạt hay không, nghĩa là xét xem với kết cấu thùng nh vậy nhiệt độ chênh của các bộ phận của máy biến áp có đạt tiêu chuẩn nhà nớc qui định hay không Vì vậy trình tự tính toán thùng dầu có thể tiến hành theo các bớc sau:
MBA S = 10500 kVA Ta chọn loại thùng kiểu ống cong bộ tản nhiệt kép và có thêm quạt gió
2 Chọn kích thớc tối thiểu bên trong của thùng
Căn cứ vào kích thớc đã biêt của lõi sắt, dây quấn, để chọn các khoảng cách cách điện tối thiểu từ dây dẫn ra đến các bề mặt của dây quấn, đến vách thùng và bộ phận nối đất khác của máy biến áp Từ đó sẽ quyết định đợc kích thớc tối thiểu bên trong của thùng.Khoảng cách cách điện chọn theo bảng (21-5,6,7,8,9) TL1 và điện áp thử Ut1P KV,Ut2 = 3 KV a Đây là MBA lò 3 pha điện áp sơ cấp 22 kV
Nên chiều rộng của thùng là :
+ D’’2 = 778 mm đờng kính ngoài của dây quấn CA
+ S1 = 32 mm là khoảng cách từ dây ra của dây quấn cao áp đến vách thùng
+S 2 = 32 mm là khoảng cách từ dây ra của dây quấn cao áp đến xà ép gông + S3 = 25 mm khoảng cách dây dẫn ra của dây quấn HA đến mặt dây quấn đến bộ phận nối đất.
+ S4 = 50 mm khoảng cách từ dây quấn HA đến vách thùng.
+ d 1 bề dầy dây dẫn ra cuộn cao áp d 1 = 7,5 mm
+ d2 bề dầy dây dẫn ra cuộn hạ áp, d2 = 10 mm
Nh vËy B = 778+32+32+7,5+25+50+10 = 935,4 mm b Chiều dài tối thiểu của thùng.
S5 là khoảng cách giữa dây quấn cao áp và vách thùng với điện áp thử là 50 KV có thể coi
Thay số vào ta đợc.
A = 2 798 + 778 + 2 85 = 3322 mm c Chiều cao của thùng
H1: là chiều dài từ thùng đến hết chiều cao lõi thép
Lt 03 mm n chiều dày tấm lót dới gông dới có thể lấy n = 100 mm VËy: H1 = 1503 + 2 440 + 100 = 2485 mm
H2: là khoảng cách tối thiểu từ gông đến nắp thùng ,thiết kế sao cho đảm bảo đặt đợc các sứ xuyên ,dây dẫn ra, các bộ điều chỉnh điện áp ta chọn H2= 517 mm
3 Sơ bộ tính diện tích bề mặt bức xạ đối lu của thùng a Diện tích bề mặt bức xạ Đối với thùng có đáy ô van
Mfcn = 2.(A+B) H là diện tích thùng thẳng hình chữ nhật
Ta chọn K = 1,2: hệ số ảnh hởng hình đáy mặt ngoài thùng
VËy Mbx = 23,8.1,2 = 28,6 m 2 b bề mặt đối lu của thùng, căn cứ vào tổng tổn hao, vào nhiệt độ chênh lệch giữa vách thùng và môi trờng xung quanh ta xác định bề mặt đối lu của theo công thức sau:
tk: là nhiệt độ chênh của thùng dầu so với không khí xung quanh Ta căn cứ vào những điều kiện sau để chọn cho thoả đáng.
Ta biết nhiệt độ chênh lâu dài cho phép của dây quấn so với môi trờng xung quanh khi tải định mức là 60 0 C do đó độ chênh trung bình của dầu đối với không khí không đợc quá:
= 60 0 -18,3 0 = 41,7 0 C Với 0dtb là nhiệt độ chênh trung bình của dây quấn đối với dầu (lấy giá trị lớn nhất trong hai giá trị của cuộn cao áp và hạ áp)
Do đó nhiệt độ chênh của thùng đối với không khí đợc tÝnh nh sau:
tk = dk - dt = 41,7 -5 = 36,7 0 C Trong đó dt là nhiệt độ chênh trung bình của dây quấn đối với dầu có thể lấy từ 5 đến 6 0 trị số dk tính ra phải thỏa mãn điều kiện
Thay các số liệu vào công thức trên ta đợc
M’dl 1,05.107098 2,5.36,7 1 ,25 −1,12.28,6466 m 2 Đây là tính sơ bộ bề mặt đối lu
Căn cứ vào bề mặt bức xạ và đối lu của thùng vừa tính sơ bộ ở trên để thiết kế sơ bộ thùng dầu và kích thớc thùng dầu, hình dáng thùng Sau đó với thùng đã thiết kế cụ thể tính toán lại bề mặt bức xạ đối lu của nó để kiểm tra lại MBA có đạt tiêu chuẩn nhiệt độ chênh cho phép hay không, Nếu không thì ta sẽ phải điều chỉnh lại bề mặt tản nhiệt cho phù hợp.
Với máy công suất S = 10.500 kVA
4.1 Xác định khoảng cách giữa hai tâm ống góp trên và dới trong mỗi bộ tản nhiệt (A1)
A phải thoả mãn điều kiện A ¿ H - 34 cm
Theo điều kiện trên dựa vào bảng 63 ta chọn các bộ tản nhiệt có 2 dãy ống có các số liệu chính sau:
khoảng cách giữa 2 tâm ống trên và dới: A1 2000mm
khoảng cách tối thiểu tâm trục mặt bích của bộ tản nhiệt đến mặt phẳng dới và mặt phẳng trên của thành thùng c1 và c2 tơng ứng là
bề mặt đối lu của ống: M0đl = 24,15 m 2
trọng lợng một bộ tản nhiệt không kể dầu: Gb 401 kg
trọng lợng dầu của bộ tản nhiệt: G ’ d = 291 kg bề mặt đối lu của hai ống góp: Mgđl = 0,66 m 2 4.2 Xác định lại bề mặt đối lu thực tế của thùng
Mđl = Mfđl khdt +Mn khdn +Môđl khđô +Mgđl kghd m 2 theo 6-46 TL1
Mfđl là diện tích bề mặt đối lu của thùng phẳng
Mf®l =Mb x=2.(A+B) H 10 -4 + 0,5 Mn m 2 theo (6-27 TL1) Víi:
Mn: là diện tích bề mặt nắp thùng dầu :
Hệ số hình dáng của thùng kht=1,6
Hệ số hình dáng của nắp thùng khn = 1,6
Môđl =8.24,15 = 193,2 m 2 là diện tích bề mặt ống tản nhiệt 8 bộ
khđl =2,24 là hệ số hình dáng của ống, đối với thùng có bộ tản nhiệt ống tròn có quạt gió
Mgđl = 8.0,66 = 5,28 m 2 là diện tích của ống góp 8 bộ tản nhiệt đối với ống góp tròn
khg = 2,24: là hệ số hình dáng của ống góp
=> M®l = 25,7.1,6+3,8.1,6 +193,2.2,24 +5,28.2,24 I0 m 2 So sánh với kết quả tính bề mặt đối lu sơ bộ Md
F6m 2 ta thấy Mđl > Mdl Nh vậy kết quả tính toán hoàn toàn thoả mãn yêu cầu đảm bảo nhiệt độ tốt
Tính toán cuối cùng nhiệt độ chênh của dây quấn và dầu của máy biến áp
Mục đích của phần tính toán này là kiểm tra lại nhiệt độ chênh thực tế của dây quấn và dầu đối với không khí
1 Nhiệt độ chênh của thùng đối với không khí θ tk = [ 2,8 k M ( bx p +2,5 0 + p n ) M dl ] 0.8 0 C theo 6-47 TL1
Trong đó k =1,05 : là trị số ứng với tính toán cho m.b.a đơn chiếc
=> θ tk = [ 2,8.25 1 , 05.107098 , 7+ 2,5 490 ] 0.8 = 35,5 0 C θ dt = k1 0,165 [ k ∑ ( p 0 M + dl p n ) ] 0,6 0 C theo 6-41 TL1 Trong đó :
k1 =1: là hệ số khi làm lạnh bằng dầu tự nhiên
Là tổng bề mặt đối lu của vách thùng phẳng nắp thùng, ống tản nhiệt không kể đến điều kiện đối lu tốt hay xấu
3 Nhiệt độ chênh trung bình của dầu so với không khí θ ’ dk = θ dt + θ tk 0 C theo 6-42 TL1 θ ’ dk = 6 + 35,5 = 40,6 0 C
4 Nhiệt độ chênh của lớp dầu trên so với không khí θ dk = .(dl+ tk) ¿ 50 0 C theo 6-43 TL1
Hoàn toàn thoả mãn Nh vậy yêu cầu về thoả mãn nhiệt ta đã đáp ứng đợc
5 Nhiệt độ chênh của dây quấn so với không khí phải đạt tiêu chuẩn θ 0k = θ 0dtb + θ ’ dk ¿ 60 0 C theo 6-44 TL1
+ đối với dây quấn cao áp θ 0k1 = 18,3 + 35,5 = 53,8 ¿ 60 0 C
+đối với dây quấn hạ áp θ 0k2 = 14,4 + 35,5 = 50 ¿ 60 0 C
Hoàn toàn đạt yêu cầu
V Xác định trong lợng ruột, vỏ, dầu và bình dãn dầu:
Việc xác định tính toán chính xác trọng lợng ruột máy, vỏ máy của MBA chỉ có thể tiến hành đợc sau khi đã hoàn thiện thiết kế đầy đủ các chi tiết của MBA Nhng với những tính toán ở trên cũng có thể sác định sơ bộ đợc trọng lợng của máy, rất cần cho việc tính toán kinh tế, khi cần phải đánh giá các phơng án thiết kế.
1 Trọng lợng ruột máy (phần tác dụng) Tức là toàn bộ lõi sắt có các dây quấn và dây dẫn ra trừ nắp máy.
Có thể xác định gần đúng nh sau.
Hệ số 1,2 Là hệ số kể đến trọng lợng ruột máy đợc tăng thêm do cách điện và các kết cầu khác
Gdq Là trọng lợng toàn bộ dây quấn và dây dẫn ra
Gl = GFe06 (KG) Là trọng lợng lõi thép.
2 Xác định trọng lợng vỏ thùng
Gv; Trọng lợng vách thùng
Gb: Trọng lợng các bộ tản nhiệt a Tính trọng lợng đáy và nắp
V n: là thể tích nắp thùng cũng nh đáy thùng
Với Mn: là diện tích bề mặt nắp thùng
Mn = 3,8 m 2 = 3,810 2 dm 2 dn: là chiều dầy của nắp cũng nh của đáy thùng ta chọn = 5 mm = 5.10 -2 dm
V n = 3,810 2 5.10 -2 = 19 dm 3 γ fe = 7,85 ( kg/dm 3 ): tỷ trọng của sắt
=> G n = G ® = 19.7,85 = 149,15 kg b.Trọng lợng vách thùng
Vv: là thể tích của vách thùng
Mv = Mb x = 25,7 m 2 %,7.10 2 dm 2 : Là diện tích bề mặt vách thùng dv: là chiều dày vách thùng, ta chọn dv = 5 mm 5.10 -2 dm
=> Gv = 128 7,85 = 1009 kg c.Trọng lợng của giàn tản nhiệt
=> Trọng lợng của vỏ thùng là :
3 Trọng lợng dầu máy biến áp
Gd =1,05 [ 0,9 ( V t −V r ) + G do ' ] kg theo 6-48 TL1
hệ số 1,05: là kể đến trọng lợng dầu tăng thêm ở bình giãn dầu
Vt : là thể tích bên trong của thùng dầu phẳng :
H = 303,3 cm = 30 dm 2 : là chiều cao của thùng => Vt = 10,15.29,52 30,33 = 8989 dm 3
Với: Gr = 13647,6 kg: trọng lợng ruột máy σ r = 5,6 ( kg/dm 3 ): tỷ trọng trung bình của ruột máy
4 Thiêt kế bình dãn dầu
Theo quy định của nhà nớc là đối với các m.b.a có dung lợng từ 100KVA trở lên, điện áp trên 6KV đều phải có bình giãn dầu. Thể tích của bình giãn dầu phải đảm bảo sao cho khi nhiệt độ của không khí xung quanh dao động trong phạm vi -10 ¿ 40 0 C Vì nhiệt độ chênh của lớp dầu trên từ 0 ¿ 60 0 C thì dầu đợc giãn nở trong phạm vi bình giãn dầu Theo kinh nghiệm thì th- ờng thể tích bình giãn dầu bằng 7 ¿ 10% thể tích dầu trong thùng
Do đó ta có thể xác định đợc thể tích bình giãn dầu theo 6-49 :
Dùng thép dầy 2mm để chế tạo bình giãn dầu, bình giãn dầu đợc đặt nằm ngang trên nắp thùng lg < B + 2.50 = 101,5+ 2.50 = 202 cm Để cho gọn m.b.a ta lấy lg = 160 cm
Xác định đờng kính bình giãn dầu:
Môc lôc Lêi nãi ®Çu
Phần I: Tổng quan về máy biến áp
I Những đặc điểm chung về máy biến áp 2
1.Vai trò của máy biến áp trong truyền tải và phân phối điện năng 2
2 Định nghĩa máy biến áp 3
3 Công dụng của máy biến áp 4
4 Cấu tạo của máy biến áp 4
4.2 Dây quấn máy biến áp
5 Nguyên lý làm việc của máy biến áp 12
II Những đặc điểm chung về máy biến áp lò 14
III.Tìm hiểu về công nghệ luyện thép 16
1 Phơng pháp lò điện luyện thÐp 16
3 Hồ quang và tính chất của hồ quang điện trong lò điện 19
4 Chế độ điện đợc áp dụng trong lò hồ quang luyện thép 20
5 Thiết bị điện của lò 22
IV.Phân tích đầu bài và cách thực hiện thiết kế 26
1 Phơng pháp đấu dây của máy biến áp lò 26
2 Điều kiện để thiết kế máy biến áp lò 29
Phần II: Thiết kế máy biến áp lò 31 Chơng I: Tính toán của đại lợng cơ bản và kích thớc chủ yếu của máy biến áp 31
I Xác định các đại lợng điện cơ bản của máy biến áp 31
II Tính toán các kích thớc chủ yếu 33
1 Phơng pháp xác định kích thớc chủ yÕu 33
2 Tính toán các kích thớc chủ yÕu 36
Chơng II: Tính toán dây cuốn máy biến áp 38
2 Yêu cầu về chế tạo 38
II Tính toán dây quấn hạ áp
III Tính toán dây quấn cao áp . 40
Chơng III Tính toán các tham số ngắn mạch 44
1 Tổn hao chÝnh 44 2 Tổn hao phô 44 3 Tổn hao ở đầu dây ra 46
4 Tổn hao ở vỏ và các bộ phận khác 46
II Tính điện áp ngắn mach 47
1 Thành phần điện áp ngắn mạch tác dông 47
2 Thành phần điện áp ngắn mạch phản kháng 48
III Tính lực cơ học khi ngắn mạch 50
1 Trị số hiệu dụng của dòng điện ngắn mạch cực đại 50
2 Tính toán lực cơ học khi ngắn mạch 50
Chơng IV: Tính toán cuối cùng về hệ thống mạch từ 53
I Xác định kích thớc cụ thể của lõi thép 53
II Tính toán tổn hao không tải và dòng điện không tải 57
Chơng V: Tính toán cuộn kháng 60
Chơng VI: Tính toán nhiệt máy biến áp 67
II Tính toán nhiệt độ chênh qua từng phần 68
III Tính toán nhiệt của thùng dầu 70
IV Tính toán cuối cùng nhiệt độ chênh của dây quấn và dầu của máy biến áp 75
V Xác định trọng lợng ruột ,vỏ, dầu và bình dãn dÇu 76
1 Thiết kế máy biến áp - Phạm Văn Bình, Lê Văn Doanh (NXB Khoa học và kỹ thuật )
2 Máy biến áp - lý thuyết, vận hành và bảo dỡng- Phạm Văn Bình (NXB Khoa học và kỹ thuật )
3 Thiết kế máy điện – Trần Khánh hà, Phan Tử thụ, Nguyễn Văn Sáu (NXB Khoa học và kỹ thuật )
4 Thiết kế máy biến áp điện lực - Phan Tử Thụ (NXB Khoa học và kỹ thuật )
5 Kĩ thuật lò Điện Luyện Thép
