thiết kế máy biến áp điện lực

Đồ án tốt ngiệp Thiết kế máy biến áp điện lực MỤC LỤC Mục lục………………………………………… ……….……………………………………………………………………………1 Lời nói đầu……………………………………………………………………………………………………………………………3 Tổng quan về quá trình phát triển của máy biến áp điện lực…………….…………….5 Chương I : Tính sơ bộ kích thước cơ bản……………………………………………………………….7 - Tính toán kích thước chủ yếu của máy biến áp……… ………………………………………7 - Tính sơ bộ các tổn hao…………………………… ………………………………………………………………14 - Tính toán lại kích thước chủ yếu và các tổn hao ………………….……………………….18 Chương II : Tính toán dây quấn máy biến áp………………………………………………… 21 - Tính toán dây quấn hạ áp………………………………………………….…………………………………….22 - Tính toán dây quấn cao áp……………………………………………………………………………………….25 Chương III : Tính tổn hao và tham số ngắn mạch………………………………………….30 - Tổn hao đồng trong dây quấn hạ áp………………………………………………………………… 30 - Tổn hao trong vách thùng và các chi tiết kết cấu………………………………………….32 - Tổng tổn hao ngắn mạch trong máy biến áp………………………………………………… 33 - Điện áp ngắn mạch……………………………………………………… …………………………………………33 - Tính lực cơ học của dây quấn máy biến áp khi ngắn mạch…………….……….34 Chương IV : Tính chính xác mạch từ và tham số không tải của máy biến áp………………………………………………………………………………………….39 - Chọn kết cấu lõi thép………………………………………………….…………………………………………….39 - Tổng chiều dày các lá thép của trụ…………………………………………………………………… 40 - Số lượng lá thép ở mỗi bậc…………………………………………………………………………………… 41 - Thể tích một góc mạch từ……………………………………………………………………………………… 41 - Tính tổn hao không tải và dòng điện không tải…………………………………………… 43 Lê Công Trường – Lớp ĐKT.K27 1 Đồ án tốt ngiệp Thiết kế máy biến áp điện lực Chương V : Tính toán nhiệt và chọn kết cấu vỏ……………… ………………………….50 - Nhiệt độ chênh qua từng phần…………………………………………………………………………… 50 - Nhiệt độ chênh giữa mặt ngoài dây quấn với dầu……………………………………… 51 - Nhiệt độ chênh trung bình của dây quấn đối với dầu………………………………….52 - Tính toán nhiệt của thùng……………………………………………….…………………………………… 53 - Thiết kế thùng dầu…………………………………………………………………………………………………….57 - Tính toán sơ bộ trọng lượng ruột, vo ûmáy, dầu và bình giãn dầu của MBA…………………………………………………………………………………………………………………………………… 60 Kết luận……………….……………………….…………………………………………………………………………………… 65 Tài liệu tham khảo……………………………………………………………………………………………………………66 Phụ lục các bảng tra cứu……………………………………………………………………………………………… 67 Lê Công Trường – Lớp ĐKT.K27 2 Đồ án tốt ngiệp Thiết kế máy biến áp điện lực LỜI NÓI ĐẦU Máy biến áp điện lực là một bộ phận rất quan trọng trong hệ thống điện. Hệ thống điện lực muốn truyền tải, phân phối công suất từ nhà máy điện đến tận các hộ tiêu thụ một cách hợp lý, thường phải qua ba, bốn lần tăng, giảm điện áp. Do vậy mà tổng công suất của máy biến áp điện lực thường gấp ba, bốn lần công suất của trạm phát điện. Những máy biến áp dùng truyền tải và phân phối công suất trong hệ thống điện lực gọi là máy biến áp điện lực. Việc dùng máy biến áp tăng điện áp từ nhà máy lên lưới để truyền tải đi xa, và ở cuối đường dây phải hạ điện áp để đưa đến hộ tiêu thụ… chẳng những làm cho tổng công suất của hệ thống máy biến áp lớn mà tổn hao không tải P 0 cũng tăng. Hơn nữa do điều kiện đòa hình, thời tiết, kinh tế mà mỗi lúc, mỗi nơi yêu cầu các thông số kỹ thuật cũng như thông số đònh mức thay đổi. Do vậy việc tính toán, thiết kế máy biến áp là một việc rất quan trọng trong 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 được chế tạo ngày càng tốt hơn. Vì vậy, việc tính toán 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 năng kỹ thuật như : i 0 %, P 0 ,U n % ,P n … nằm trong điều kiện cho phép ứng với mỗi loại công suất. Trong giới hạn của đề tài, nội dung thiết kế máy biến áp điện lực gồm 5 chương : Lê Công Trường – Lớp ĐKT.K27 3 Đồ án tốt ngiệp Thiết kế máy biến áp điện lực - Chương I : Tính sơ bộ kích thước cơ bản. - Chương II : Tính dây quấn hạ áp – cao áp. - Chương III : Tính tổn hao và tham số ngắn mạch. - Chương IV : Tính chính xác mạch từ và tham số không tải. - Chương V : Tính nhiệt và chọn kết cấu vỏ. Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Ngọc Mỹ cùng các thầy cô trong khoa đã nhiệt tình hướng dẫn và giúp đỡ em hoàn thành nhiệm vụ thiết kế này. Trong quá trình tính toán, do kiến thức còn hạn chế và chưa có kinh nghiệm thực tế, nên chắc chắn không khỏi thiếu sót. Rất mong sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô cùng các bạn . Quy Nhơn, ngày 30 tháng 6 năm 2009 Lê Công Trường Lê Công Trường – Lớp ĐKT.K27 4 Đồ án tốt ngiệp Thiết kế máy biến áp điện lực TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNG PHÁT TRIỂN CỦA MÁY BIẾN ÁP ĐIỆN LỰC Máy biến áp điện lực (viết tắt là MBA) là một bộ phận rất quan trọng trong hệ thống điện. Việc tải điện năng đi xa từ nhà máy điện đến hộ tiêu thụ trong các hệ thống điện hiện nay cần phải có tối thiểu 4 đến 5 lần tăng giảm điện áp. Do đó tổng công suất đặt (hay dung lượng ) của các MBA gấp mấy lần công suất của máy phát điện. Hiệu suất của MBA thường rất lớn (98 ÷ 99%), nhưng do số lượng MBA nhiều nên tổng tổn hao trong hệ thống rất đáng kể vì thế cần phải chú ý đến việc giảm các tổn hao , nhất là tổn hao không tải trong MBA. Để giải quyết vấn đề này hiện nay trong ngành chế tạo MBA người ta dùng chủ yếu là thép cán lạnh , có suất tổn hao và công suất từ hóa thấp hay đặc biệt thấp, mặt khác còn thay đổi các kết cấu mạch từ một cách thích hợp như ghép mối nghiêng các lá tôn trong lõi thép, thay các kết cấu bulông ép trụ và gông xuyên lõi thép bằng các vòng đai ép hay dùng những qui trình công nghệ mới về cắt dập lá thép tự động, về ủ lá thép, về lắp ráp….Nhờ vậy mà công suất và điện áp của các MBA đã được nâng lên rõ rệt. Đi đôi với việc tăng giới hạn trên về công suất, người ta cũng mở rộng thang công suất của MBA làm thành nhiều dãy máy hơn so với trước kia để đáp ứng một cách rộng rãi với nhu cầu sử dụng và vận hành MBA. Những dãy MBA mới ra đời từ những năm 80 trở lại đây đã dần dần thay thế những MBA thuộc dãy cũ không còn thích hợp nữa. Để đảm bảo chất lượng điện và cung cấp điện liên tục, các MBA điều chỉnh điện áp dưới tải ngày càng nhiều và chiếm tới khoảng 50% công suất tổng. Lê Công Trường – Lớp ĐKT.K27 5 Đồ án tốt ngiệp Thiết kế máy biến áp điện lực Để tiết kiệm vật liệu tác dụng, vật liệu cách điện, vật liệu kết cấu và giảm trọng lượng kích thước MBA, ngoài việc dùng MBA tự ngẫu thay cho MBA hai dây quấn người ta còn áp dụng những phương pháp làm lạnh tốt hơn, dùng những vật liệu kết cấu không từ tính nhẹ và bền hơn…Khuynh hướng dùng dây nhôm để thay dây đồng cũng đang phát triển. Các MBA cỡ lớn và trung bình thường sản xuất loại ba pha ghép thành tổ biến áp ba pha để thuận tiện trong việc chuyên chở. Ngoài MBA điện lực dùng để truyền tải điện năng, còn có nhiều loại biến áp dùng trong nhiều ngành chuyên môn khác như : biến áp lò điện dùng trong luyện kim, yêu cầu dòng thứ cấp rất lớn đến hàng vạn ampe, biến áp nhiều pha dùng để chỉnh lưu ra dòng điện một chiều, biến áp chống nổ dùng trong hầm mỏ, biến áp đo lường, biến áp thí nghiệm, biến áp hàn điện… Ở nước ta sau ngày giải phóng miền Bắc mới có một vài cơ sở thiết kế và chế tạo MBA và đặc biệt là sau khi thống nhất đất nước (1975) nhiều nhà máy chế tạo MBA mới đã được xây dựng. Tuy vậy chúng ta cũng đã tiến hành sữa chữa, thiết kế chế tạo được một khối lượng khá lớn MBA, phục vụ cho nhiều cơ sở sản xuất trong nước, và MBA của ta cũng đã được xuất khẩu sang một số nước. Nhà máy chế tạo biến thế Hà Nội nay liên doanh với hãng thiết bò điện ABB đã chế tạo được nhiều loại MBA phân phối, điện áp tới 35 kV. Nhà máy Thiết bò điện Đông Anh đã thiết kế chế tạo MBA truyền tải có công suất tới 125 MVA, 220 MVA, điện áp 110 kV và 220 kV. Đó là những cố gắng và tiến bộ của ngành chế tạo máy biến áp ở nước ta. Lê Công Trường – Lớp ĐKT.K27 6 Đồ án tốt ngiệp Thiết kế máy biến áp điện lực CHƯƠNG I TÍNH CÁC ĐẠI LƯNG ĐIỆN CƠ BẢN 1.1. Tính toán kích thước chủ yếu MBA : Với các thông số cơ bản : S đm = 800 kVA ; U 1 = 22kV ; U 2 = 0,4kV ; P 0 =1300W ; u n = 4,8 % ; P n =10500W ; f = 50 Hz ; Yy0 – 12 . 1.1.1. Công suất mỗi pha của máy biến áp : S f = m S = 800 3 = 266,667 KVA m : số pha của máy biến áp *Công suất của mỗi trụ : S ’ = t S = 800 3 = 266,667 KVA t : số trụ của máy biến áp * Dòng điện dây đònh mức : -Phía cao áp : I 1đm = I fđm = 3 800.10 3.22000 = 20,995 A -Phía hạ áp : I 2đm =I fđm = 3 800.10 3.400 = 1154,7 A * Điện áp pha đònh mức : - Phía cao áp : Lê Công Trường – Lớp ĐKT.K27 7 Đồ án tốt ngiệp Thiết kế máy biến áp điện lực U f1 = U 1 = 22000 12701,7 3 = V -Phía hạ áp : U f2 = 2 3 U = 3 0,4.10 3 = 231 V Thành phần tác dụng của điện áp ngắn mạch : U r % = 10. n P S = 10500 10.800 =1,312% Thành phần phản kháng của điện áp ngắn mạch : U X % = 2 2 r n U U− = − 2 2 4,8 1,312 = 4,617% Điện áp thử của các dây quấn : Tra PL (bảng 1) ta có : -Phía hạ áp : U th2 = 5 kV -Phía cao áp : U th1 =55 kV Chiều rộng qui đổi của rãnh từ tản giữa dây quấn cao áp và hạ áp a r : Với U t1 =55 kV, tra PL ( bảng 7) ta được khoảng cách cách điện giữa dây quấn cao áp và dây quấn hạ áp : a 12 =20 mm , trong rãnh a 12 đặt ống cách điện dày : 12 δ =5mm 1 2 3 a a+ = k 4 ' S .10 -2 =0,53 4 266,667 .10 -2 = 0,0214 m Trò số k theo PL ( bảng 4) ở cấp 22kV thì không có giá trò .Ta tiến hành nội suy như sau: Ứng với cấp 10 kV thì k = (0,51÷ 0,43) Lê Công Trường – Lớp ĐKT.K27 8 Đồ án tốt ngiệp Thiết kế máy biến áp điện lực Ứng với cấp 35kV thì k = (0,52÷ 0,48) Vậy giá trò k ở cấp 22 kV tương ứng với công suất 1000 ÷ 6300 kVA : k=(0,51÷0,43)+ (0,52 0,48) (0,51 0,43) .(22 10) 35 10 ÷ − ÷ − − =(0,518÷ 0,47) Ta tiếp tục tiến hành nội suy với hệ số k ở cấp 22kV với công suất 400÷630kVA: k = 0,518+ . 0,646 0,518 (400 250) 1000 250 − − − = 0,453 Giá trò của k ở cấp 22kV tương ứng với công suất 800kVA là: k = 0,518+ 0,543 0,518 .(800 400) 1000 400 − − − =0,53 Vậy chọn k = 0,53 a r = a 12 + 1 2 3 a a+ = 0,02 + 0,0214 = 0,0414 m 1.1.2. Chọn vật liệu làm lõi sắt : chọn tôn cán lạnh của nhật mã hiệu 27ZH95 , có chiều dày lá thép 0,27 mm Ta chọn mật độ từ cảm trong trụ B t = 1,65 T Theo PL ( bảng 24), chọn hệ số tăng cường gông : k g =1,015 Trụ được ép bằng nêm với cuộn dây, ép gông bằng xà ép ,bu lông đặt phía ngoài gông, không dùng bulông xuyên qua trụ và gông. Dùng lõi thép có 4 mối ghép xiên ở 4 góc của lõi, còn 2 mối nối giữa dùng mối ghép thẳng lá tôn. Theo PL ( bảng 2) , chọn số bậc thang trong trụ là 7, số bậc thang của gông lấy nhỏ hơn trụ một bậc, tức gông có 6 bậc . Lê Công Trường – Lớp ĐKT.K27 9 Đồ án tốt ngiệp Thiết kế máy biến áp điện lực Theo PL ( bảng 2), chọn hệ số chêm kín : k c =0,90 Theo PL ( bảng 3) , chọn hệ số điền đầy : k đ =0,95 Hệ số lợi dụng của lõi sắt là : k lđ = k c .k đ = 0,90.0,95 = 0,855 Mật độ từ cảm trong gông : B g = t g B B = 1,65 1,015 = 1,625 T Mật độ từ cảm ở khe hở không khí mối nối thẳng : B k ’’ =B t =1,65 T Mật độ từ cảm ở khe hở không khí mối nối xiên : B k ’ = 2 t B = 1,65 2 =1,166 T 1.1.3. Suất tổn hao thép trong trụ và gông : B t =1,65 T , tra PL ( bảng 22), ta được P t = 0,8765 W/Kg B g =1,625 T không có giá trò trong bảng ta tiến hành nội suy : B g =1,62 T , tra PL ( bảng 22),ta được P g = 0,8325 W/kg B g =1,63 T , tra PL ( bảng 22), ta được P g = 0,8472 W/kg Do đó giá trò P g ứng với B g =1,625 T là: P g =0,8325 + (0,8472 0,8325).(1,625 1,62) (1,63 1,62) − − − = 0,8398 W/Kg * Suất từ hóa giữa trụ và gông : B t =1,65 T , tra PL ( bảng 22), ta được q t = 1,1 VA/kg B g =1,625 T ta tiến hành nội suy : B g =1,62 T , tra PL ( bảng 22), ta được q g =1,0172 VA/Kg Lê Công Trường – Lớp ĐKT.K27 10 [...]... ngiệp Thiết kế máy biến áp điện lực TÍNH TOÁN DÂY QUẤN 2.1.CÁC YÊU CẦU CHUNG ĐỐI VỚI DÂY QUẤN : Các yêu cầu chung có thể chia làm 2 loại : yêu cầu về vận hành và yêu cầu về chế tạo 2.1.1 Yêu cầu về vận hành gồm các mặt điện , cơ và nhiệt: - về mặt điện : khi vận hành thường dây quấn máy biến áp có điện áp do đó cách điện MBA phải tốt nghóa là phải chòu điện áp khi làm việc bình thường và quá điện áp khi... tốt, máy ngắt tự động sẽ cắt phần sự cố ra khỏi lưới điện, do đó vấn đề còn lại chủ yếu là lực cơ học gây nên tác dụng nguy hiểm đối với dây quấn máy biến áp Do đó, để đảm bảo cho máy biến áp làm việc an toàn, khi thiết kế phải xét đến những lực cơ học tác dụng lên dây quấn khi ngắn mạch xem độ bền của dây quấn máy biến áp có đủ hay không Lê Công Trường – Lớp ĐKT.K27 35 Đồ án tốt ngiệp Thiết kế máy biến. .. 3.4 Điện áp ngắn mạch : Điện áp ngắn mạch của máy biến áp hai dây quấn là điện áp đặt vào một dây quấn với tần số đònh mức, còn dây quấn kia nối ngắn mạch sao cho dòng điện cả hai phía đều bằng dòng điện đònh mức tương ứng * Thành phần điện áp ngắn mạch tác dụng : Unr%= Pn 10322,47 = = 1,29 % 10.S 10.800 * Thành phần điện áp ngắn mạch phản kháng : Lê Công Trường – Lớp ĐKT.K27 34 Đồ án tốt ngiệp Thiết. .. quấn hạ áp : a02 =10 mm -Giữa dây quấn hạ áp và cao áp : a12 =20 mm Lê Công Trường – Lớp ĐKT.K27 11 Đồ án tốt ngiệp Thiết kế máy biến áp điện lực -Ôáng cách điện giữa dây quấn hạ áp và cao áp : δ 21 =5 mm -Giữa dây quấn cao áp và cao áp : a11 =20 mm -Giữa dây quấn cao áp đến gông : l01= l02=50 mm -Tấm chắn giữa các pha : δ 22=3 mm -Phần đầu thừa của ống cách điện : lđ2=30 mm các hằng số tính toán a,b... 22 Đồ án tốt ngiệp Thiết kế máy biến áp điện lực Theo phương pháp bố trí dây quấn trên lõi thép có thể chia dây quấn biến áp thành 2 kiểu chính : đồng tâm và xen kẽ 1 dây quấn đồng tâm : cuộn hạ áp và cao áp quấn thành những hình ống đồng tâm, khi bố trí thường cuộn HA đặt trong cùng cuộn CA đặt ngoài cùng vì sẽ dễ dàng rút đầu dây điều chỉnh điện áp cũng như giảm kích thước cách điện với trụ 2 dây... Tr1 : tiết diện dây dẫn ra của cuộn hạ áp, Tr1 =5,79.10-6 γ : điện trở suất, với đồng γ cu =8900 kg/m3 Vậy tổn hao dây dẫn ra cao áp : 2 Pr1 =2,4.10-12 J 1 Gr1 =2,4.10-12.(3,63.106)2 0,232 = 7,34 W 3.2 Tổn hao trong vách thùng và các chi tiết kết cấu : Lê Công Trường – Lớp ĐKT.K27 33 Đồ án tốt ngiệp Thiết kế máy biến áp điện lực Một phần từ thông tản của máy biến áp khép mạch qua vách thùng dầu, các... tiêu chuẩn kỹ thuật và kinh tế và đồng thời thõa mãn điều kiện P0 ≤ 1300W Lê Công Trường – Lớp ĐKT.K27 16 Đồ án tốt ngiệp Thiết kế máy biến áp điện lực Với giới hạn p0 = 1300 W đã cho ta thấy β ≤ 1,6 Lê Công Trường – Lớp ĐKT.K27 17 β Đồ án tốt ngiệp 1,2 1,6 2Thiết kế máy biến áp điện lực 2,4 2,8 x= 4 β 1,046 1,125 1,189 1,245 1,294 2 4 x2 = β 1,095 1,265 1,414 1,550 1,673 x3= 4 β 3 1,146 1,423 1,682 1,928... =0,98 * Điện áp ngắn mạch toàn phần : Un%= U 2 nr + U 2 nx = 1,292 + 4,452 = 4,63 (%) Sai lệch so với tiêu chuẩn : 4,8 − 4,63 100 = 3,5% 4,8 Vậy Sai lệch này nằm trong phạm vi cho phép ± 5 % 3.5 Tính lực cơ học của dây quấn máy biến áp khi ngắn mạch : Khi máy biến áp bò sự cố ngắn mạch thì dòng điện ngắn mạch sẽ rất lớn Nhưng vấn đề nhiệt đối với máy biến áp không quan trọng lắm vì nếu bố trí thiết bò... chỉnh điện áp Thành lập các cực của dây quấn ứng với đầu ra của nấc điều chỉnh điện áp mỗi pha A Ta vẽ cho pha A, pha B và pha C tương tự : A6 A4 A2 A3 A5 A7 Lê Công Trường – Lớp ĐKT.K27 X Điện áp( V) 23100 22550 22000 21450 20900 Pha A Pha B Pha C A2 A3 A3 A4 A4 A5 A5 A6 A6 A7 C2C3 C3C4 C4C5 26 C5C6 C6C7 B2B3 B3B4 B4B5 B5B6 B6B7 Đồ án tốt ngiệp Thiết kế máy biến áp điện lực Hình 2-2 Sơ đồ điều chỉnh điện. .. Đồ án tốt ngiệp Thiết kế máy biến áp điện lực T2=n v 2 Td2.10 =12.29,6.10 =355,2.10 = 355,2 mm2 -6 -6 -6 * Chiều cao thực của mỗi vòng dây là : hv2=2.b’ + δ =2.9+5 =23 mm *Mật độ dòng điện thực của dây quấn hạ áp : I2 J2= T = 2 1154,7 = 3,25 106 A/m2 = 3,25 MA/m2 355,2.10 −6 * Chiều cao thực của dây quấn hạ áp : để bù cho dây quấn cao áp do phải cắt giữa dây quấn khi điều chỉnh điện áp, ta bố trí thêm . Thiết kế máy biến áp điện lực TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNG PHÁT TRIỂN CỦA MÁY BIẾN ÁP ĐIỆN LỰC Máy biến áp điện lực (viết tắt là MBA) là một bộ phận rất quan trọng trong hệ thống điện. Việc tải điện. ngiệp Thiết kế máy biến áp điện lực LỜI NÓI ĐẦU Máy biến áp điện lực là một bộ phận rất quan trọng trong hệ thống điện. Hệ thống điện lực muốn truyền tải, phân phối công suất từ nhà máy điện. suất. Trong giới hạn của đề tài, nội dung thiết kế máy biến áp điện lực gồm 5 chương : Lê Công Trường – Lớp ĐKT.K27 3 Đồ án tốt ngiệp Thiết kế máy biến áp điện lực - Chương I : Tính sơ bộ kích thước