Tính toán các kích thước chủ yếu của máy biến áp

MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1:TÍNH TOÁN CÁC KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU CỦA MÁY BIẾN ÁP 1.1 Tính đại lượng điện máy biến áp 1.1.1 Công suất mỗi pha máy biến áp .3 1.1.2 Công suất mỗi trụ 1.1.3 Dòng điện dây định mức: .3 1.1.4 Dòng điện pha định mức: .3 1.1.5 Điện áp pha định mức .3 1.1.6 Các thành phần điện áp ngắn mạch 1.1.7 Điện áp thử dây quấn 1.2 Thiết kế sơ lõi sắt và tính kích thước chủ yếu máy biến áp 1.2.1 Chiều rộng quy đổi rãnh từ tản giữa dây quấn cao áp và hạ áp 1.2.2 Hệ số quy đổi từ trường tản 1.2.3 Chọn tôn Silic và cường độ từ cảm trụ 1.2.4 Các khoảng cách cách điện 1.2.5 Các hằng sớ tính tốn a, b .8 1.2.6 Hệ sớ tính đến tởn hao phụ dây q́n .8 1.2.7 Tỉ sớ kích thước β .8 1.2.8 Thành phần phản kháng dòng điện không tải 14 1.2.9 Mật độ dòng điện dây quấn 14 1.2.10 Lực học 14 1.2.11 Đường kính trụ sắt 18 1.2.12 Tính lại trị sớ β tối ưu 18 1.2.13 Đường kính trung bình rãnh dầu sơ 19 1.2.14 Chiều cao dây quấn sơ 19 1.2.15 Tiết diện hữu hiệu trụ sắt (Thuần sắt) 19 CHƯƠNG 2:TÍNH TOÁN DÂY QUẤN MÁY BIẾN ÁP 20 2.1 Các yêu cầu chung đối với dây quấn 20 2.1.1 Yêu cầu vận hành: Gồm mặt điện, và nhiệt .20 2.1.2 Yêu cầu về chế tạo 21 2.2 Tính tốn dây q́n hạ áp máy biến áp 21 2.2.1 Suất điện động vòng dây: 21 2.2.2 Sớ vịng dây pha dây quấn hạ áp : 21 2.2.3 Điện áp thực mỡi vịng dây 22 2.2.4 Cường độ từ cảm thực trụ sắt : 22 2.2.5 Mật độ dòng điện trung bình: .22 2.2.6 Tiết diện vòng dây sơ bộ: .22 2.2.7 Chiều cao sơ mỡi vịng dây: 23 2.2.8 Căn vào hv2 và T’2 chọn dây dẫn theo bảng 21: 24 2.2.9 Tiết diện mỡi vịng dây: 24 2.2.10 Mật độ dòng điện thực: .24 2.2.11 Chiều cao dây quấn: .24 2.2.12 Bề dày dây quấn: 25 2.2.13 Đường kính dây quấn hạ áp: .25 2.2.14 Đường kính ngoài dây quấn hạ áp: .25 2.2.15 Bề mặt làm lạnh dây quấn: 25 2.2.16 Trọng lượng đồng dây quấn hạ áp: .25 2.3 Tính tốn dây quấn cao áp máy biến áp 26 2.3.1 Chọn sơ đồ điều khiển điện áp: 26 2.3.2 Sớ vịng dây dây q́n cao áp ứng với điện áp định mức: 27 2.3.3 Sớ vịng dây cấp điều chỉnh điện áp: .27 2.3.4 Sớ vịng dây tương ứng ở đầu phân áp: 27 2.3.5 Mật độ dòng điện sơ bộ: .27 2.3.6 Sơ chọn tiết diện dây dẫn: 28 2.3.7 Chọn kiểu dây quấn: .28 2.3.8 Tiết diện toàn phần mỡi vịng dây: 28 2.3.9 Mật độ dòng điện thực: 28 2.3.10 Sớ vịng dây lớp: 29 2.3.11 Số lớp dây quấn 29 2.3.12 Điện áp làm việc giữa lớp kề nhau: 29 2.3.13 Chiều dày cách điện giữa lớp: 29 2.3.14 Phân phới sớ vịng dây lớp, chia tổ hợp: .29 2.3.15 Chiều dày dây quấn cao áp: 29 2.3.16 Đường kính dây quấn cao áp: .30 2.3.17 Đường kính ngoài dây quấn cao áp: .30 2.3.18 Khoảng cách giữa trụ cạnh nhau: .30 2.3.19 Bề mặt làm lạnh dây quấn : 30 2.3.20 Trọng lượng đồng dây quấn CA: 30 CHƯƠNG 3:TÍNH TỔN HAO VÀ THAM SỐ NGẮN MẠCH .31 3.1 Xác định tổn hao ngắn mạch .31 3.1.1 Tởn hao .31 3.1.2 Tổn hao phụ dây quấn 32 3.1.3 Tởn hao dây dẫn 33 3.1.4 Tổn hao vách thùng và chi tiết kim loại khác 34 3.1.5 Tổn hao ngắn mạch máy biến áp là 34 3.2 Xác định điện áp ngắn mạch .34 3.2.1 Thành phần điện áp ngắn mạch tác dụng 34 3.2.2 Thành phần điện áp ngắn mạch phản kháng 34 3.2.3 Điện áp ngắn mạch toàn phần .35 3.3 Tính tốn lực học ngắn mạch 35 3.3.1 Tính dịng điện ngắn mạch cực đại .36 3.3.2 Tính lực học ngắn mạch .36 CHƯƠNG 40 TÍNH TOÁN TÍNH CHÍNH XÁC MẠCH TỪ VÀ TÍNH TOÁN THAM SỐ KHÔNG TẢI CỦA MÁY BIẾN ÁP .40 4.1 Xác định kích thước cụ thể lõi sắt 40 4.1.1 Chọn kết cấu lõi thép: 40 4.1.2 Xác định tiết diện tổng bậc thang trụ: 41 4.1.3 Tiết diện tác dụng trụ sắt: .42 4.1.4 Tiết diện tổng bậc thang gông : 42 4.1.5 Chiều dầy gông: 42 4.1.6 Tiết diện tác dụng gông: 42 4.1.7 Chiều cao trụ sắt: 43 4.1.8 Khoảng cách giữa hai trụ cạnh nhau: 43 4.1.9 Trọng lượng sắt trụ và gông: 44 4.2 Tính tởn hao khơng tải, dịng điện không tải và hiệu suất máy biến áp .45 4.2.1 Tổn hao không tải: 45 4.2.2 Dịng điện khơng tải: 47 4.2.3 Hiệu suất máy biến áp tải định mức: 48 CHƯƠNG 5:TÍNH TOÁN NHIỆT VÀ CHỌN KẾT CẤU VỎ .49 5.1 Nhiệt độ chênh qua từng phần .49 5.1.1 Nhiệt độ chênh qua dây quấn hạ áp 49 5.1.2 Nhiệt độ chênh dây quấn cao áp 50 5.1.3 Nhiệt độ chênh giữa mặt ngoài dây quấn với dầu 51 5.1.4 Nhiệt độ chênh trung bình dây quấn đối với dầu 53 5.2 Tính tốn nhiệt thùng 53 5.2.1 Nhiệt độ chênh lệch trung bình cho phép dầu đối với không khí cho dây q́n nóng nhất (dây q́n hạ áp) .56 5.2.2 Nhiệt độ chênh lớp dầu so với khơng khí 57 5.2.3 Nhiệt độ chênh vách thùng đới với khơng khí 57 5.2.4 Bề mặt đối lưu thùng phẳng 57 5.3 Thiết kế thùng dầu .58 5.3.1 Kích thước ớng góp A tính xuất phát từ điều kiện: 59 5.3.2 Bề mặt đối lưu nắp thùng: 59 5.3.3 Bề mặt đối lưu thực thùng: .60 5.4 Tính tốn sơ trọng lượng ruột máy, vỏ máy, dầu và bình giãn dầu 62 5.4.1 Trọng lượng ruột máy: 62 5.4.2 Trọng lượng dầu thùng 62 5.4.3 Trọng lượng vỏ thùng máy biến áp: 63 5.4.4 Trọng lượng bình giãn dầu: 64 5.4.5 Tổng khối lượng máy biến áp: 65 CHƯƠNG 6: MÔ PHỎNG MÁY BIẾN ÁP BẰNG PHẦN MỀM ANSYS MAXWELL 66 6.1 Phần mềm Ansys Maxwell 66 6.2 Giới thiệu vẽ máy biến áp bằng phần mềm Maxwell 68 6.2.1 Các bước vẽ máy biến áp 68 6.2.2 Mô công cụ Transient ở chế độ làm việc định mức 77 6.3 Kết mô .86 6.3.1 Điện áp và dòng điện 86 6.3.2 Cảm ứng từ B Error! Bookmark not defined 6.3.3 Nhận xét .89 KẾT LUẬN 90 DANH MỤC BẢNG, HÌNH VẼ Bảng 1.1 Các đại lượng quan tâm theo β: GFe; Gdd; P0 ; i0;C’ = f (β 16 Hình 1.1 Các kích thước chủ yếu của máy biến áp Hình 1.2: Thứ tự ghép lõi sắt pha (ghép xen kẽ mới nới nghiêng ở góc) .13 Hình 1.2 Quan hệ tổn hao không tải P0, dịng điện khơng tải i0 theo β 17 Hình 1.3 Quan hệ tổn hao không tải P0, trọng lượng lỏi sắt GFe dây quấn Gdd theo β 17 Hình 1.4 Quan hệ giá thành vật liệu C’td (c) theo β 18 Hình 2.1 Dây quấn hình xoắn mạch đơn .23 Hình 2.2 Sơ đồ điều chỉnh điện áp của dây quấn cao áp 27 Hình 3.1 Dùng dể xác định tổn hao các dây quấn 33 Hình 3.2 Tác dụng của lực hướng kính lên dây quấn đồng tâm 37 Hình 4.1 Các kích thước của gông 41 Hình 4.2 Tiết diện trụ gông .41 Hình 5.1 Dùng để xác định nhiệt độ chênh dây quấn .50 Hình 5.2 Sự vận chuyển của dầu thùng 51 Hình 5.3 Hình dáng vỏ thùng 54 Hình 5.4 Các kích thước của thùng 56 Hình 5.5 Bộ tản nhiệt kiểu ống thẳng 59 Hình 6.1 Các công cụ khả ứng dụng hệ thống máy điện 66 Hình 6.2 Giao diện để thực thiết kế mạch từ 68 Hình 6.3 Bảng nhập các thống số mạch từ của máy biến áp 69 Hình 6.4 Mô hình mạch từ máy biến áp 69 Hình 6.5 Bản nhập thông số kích thước cuộn dây hạ 70 Hình 6.6 Bản nhập thông số kích thước cuộn dây hạ 70 Hình 6.7 Mô hình hình trụ cuộn dây hạ 71 Hình 6.8 Bản nhập thông số kích thước cuộn dây cao 71 Hình 6.9 Bản nhập thơng sớ kích thước ngồi cuộn dây cao 72 Hình 6.10 Mô hình hình trụ cuộn dây cao .72 Hình 6.11Giao diện thao tác trừ Maxwell 73 Hình 6.12 Mô hình cuộn hạ áp 73 Hình 6.13 Giao diện thao tác trừ Maxwell 74 Hình 6.14 Mô hình cuộn cao áp hạ áp sau cắt 74 Hình 6.15 Mô hình cuộn cao áp hạ áp 75 Hình 6.16 Mô hình tất cuộn dây mạch từ MBA 75 Hình 6.17 Giao diện để chuyển sang chế độ 2D 76 Hình 6.18 Hình ảnh mạch từ cuộn dây sau chế độ 2D 76 Hình 6.19 Giao diện chuyển công cụ làm việc 77 Hình 6.20 Thao tác phân đôi các pha .77 Hình 6.21 Bảng điền thông số tạo phân vùng 78 Hình 6.22 Thao tác chọn mép (edges) 78 Hình 6.23 Bảng nhập thông số cuộn dây hạ áp 79 Hình 6.24 Bảng nhập thông số cuộn dây cao áp 79 Hình 6.25 Bảng cài đặt Add Winding cho các pha 80 Hình 6.26 Thêm các pha vào Winding tạo 80 Hình 6.27 Bảng điền thông số đặt lưới .81 Hình 6.28 Bảng thiết lập thông số phân tích 81 Hình 6.29 Sơ đồ mạch kích thích ứng với 100% tải 82 Hình 6.30 Sơ đồ mạch kích thích ứng với 50% tải 82 Hình 6.31 Kết nối mạch kích thích 85 Hình 6.32 Lựa chọn mạch kích thích lưu .85 Hình 6.33 Kiểm tra lại các bước thực 86 Hình 6.34 Thao tác để xuất kết (dòng áp) 86 Hình 6.35 Kết mô dòng điện cao áp 87 Hình 6.36 Kết mơ dịng điện hạ áp Error! Bookmark not defined Hình 6.37 Kết mô dòng điện cao áp 100% tải .Error! Bookmark not defined Hình 6.38 Kết mơ dịng điện hạ áp 100% tải Error! Bookmark not defined Hình 6.39 Kết mô điện áp cao áp .Error! Bookmark not defined Hình 6.40 Kết mô điện áp hạ áp Error! Bookmark not defined Hình 6.41 Thao tác xuất kết cảm ứng từ B Error! Bookmark not defined Hình 6.42 Kết cảm ứng từ B_vector tại t=0,005s .Error! Bookmark not defined Hình 6.43 Kết cảm ứng từ B_vector tại t=0,01s .Error! Bookmark not defined Hình 6.44 Kết cảm ứng từ B_vector tại t=0,033s .Error! Bookmark not defined Hình 6.45 Kết cảm ứng từ B_vector tại t=0,05s .Error! Bookmark not defined Hình 6.46 Kết cảm ứng từ Mag_B tại t=0,005s Error! Bookmark not defined Hình 6.47 Kết cảm ứng từ Mag_B tại t=0,01s Error! Bookmark not defined Hình 6.48 Kết cảm ứng từ Mag_B tại t=0,033s Error! Bookmark not defined Hình 6.49 Kết cảm ứng từ Mag_B tại t=0,05s Error! Bookmark not defined LỜI MỞ ĐẦU Trong những năm gần đây, ngành chế tạo máy điện nói chung và ngành chế tạo máy biến áp nói riêng ở nước ta đã có những tiến rất lớn Nhất là lĩnh vực về sản xuất vât liệu dẫn từ, dẫn điện, vật liệu cách điện, về công nghệ chế tạo, qui trình thử nghiệm máy biến áp…Nước ta đã tiến hành sửa chữa, thiết kế chế tạo khối lượng lớn máy biến áp phục vụ cho nhu cầu sử dụng điện cơng đại hố cơng nghiệp hoá đất nước Và đã xuất sang số nước Nhà máy chế tạo biến Hà Nội liên doanh với hãng thiết bị điện ABB đã chế tạo nhiều loại máy biến áp phân phối điện áp đến 22 kV Nhà máy thiết bị điện Đông Anh đã thiết kế máy biến áp truyền tải có cơng śt đến 125 MVA, 250 MVA điện áp 110 kV, 220 kV, 500 kV… Việc tải điện xa từ nhà máy đến hộ tiêu thụ hệ thớng điện cần phải có tối thiểu đến lần tăng giảm điện áp Do tởng cơng śt đặt (hay dung lượng) máy biến áp gấp mấy lần công suất máy phát điện Gần người ta tính cịn có thể gấp đến lần hoặc nữa Hiệu suất máy biến áp thường rất lớn (98-99%), số lượng máy biến áp nhiều nên tổng tổn hao hệ thống rất đáng kể vì cần phải ý đến việc giảm tổn hao, nhất là tổn hao không tải máy biến áp Hơn nữa điều kiện địa hình, thời tiết, kinh tế mà mỗi lúc, mỗi nơi yêu cầu thông số kỹ thuật thông số định mức thay đởi Do vậy việc tính tốn, thiết kế máy biến áp là việc rất quan trọng chế tạo máy biến áp điện lực Ngày nay, công nghệ chế tạo máy biến áp ngày càng phát triển và đòi hỏi phải hoàn thiện hơn, vật liệu chế tạo ngày càng tớt Vì vậy, việc tính tốn và thiết kế phải đảm bảo nhu cầu phát triển kinh tế và đạt chất lượng cao, phải lấy chỉ tiêu kinh tế làm hàng đầu, giá thành vật liệu thấp nhất Bên cạnh chỉ tiêu kinh tế đòi hỏi tính kỹ thuật như: i 0%, P0,Un %,Pn… nằm điều kiện cho phép ứng với mỗi loại công suất