thiết kế máy biến áp điện lực

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.. Việc dùng máy biến áp tăn

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

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

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 P0 cũng tăng Hơn nữa do điều kiện địa hình, thời tiết, kinh tế mà mỗi lúc, mỗi nơi yêu cầu các thông số kỹ thuật cũng như thông số định 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 : i0%, P0,Un

% ,Pn… 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 :

- 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

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 suấttổng

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 chếtạo 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 bị điện ABB đã chế tạo được nhiều loại MBA phân phối, điện áp tới 35

kV Nhà máy Thiết bị 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

CHƯƠNG I TÍNH CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐIỆN CƠ BẢN

1.1 Tính toán kích thước chủ yếu MBA :

Với các thông số cơ bản :

Sđm = 800 kVA ; U1 = 22kV ; U2 = 0,4kV ; P0 =1300W ; un = 4,8 % ;

Pn =10500W ; f = 50 Hz ; Yy0 – 12

1.1.1 Công suất mỗi pha của máy biến áp :

Sf = m S = 8003 = 266,667 KVA

m : số pha của máy biến áp

*Công suất của mỗi trụ :

S’ =t

S

=8003 = 266,667 KVA

t : số trụ của máy biến áp

* Dòng điện dây định mức :

-Phía cao áp :

I1đm = Ifđm = 800.103

3.22000 = 20,995 A -Phía hạ áp :

I2đm =Ifđm=800.103

3.400 = 1154,7 A

* Điện áp pha định mức :

- Phía cao áp :

Thành phần phản kháng của điện áp ngắn mạch :

UX% = 2 2

r n

U −U = 4,8 1,312 = 4,617%2 − 2

Điện áp thử của các dây quấn :

Tra PL (bảng 1) ta có :

-Phía hạ áp : Uth2= 5 kV

-Phía cao áp : Uth1=55 kV

Chiều rộng qui đổi của rãnh từ tản giữa dây quấn cao áp và hạ áp ar :

Với Ut1 =55 kV, tra PL ( bảng 7) ta được khoảng cách cách điện giữa dây quấn cao áp và dây quấn hạ áp : a12 =20 mm , trong rãnh a12 đặt ống cách điện dày :δ 12=5mm

1 2

3

= k4 S' 10-2 =0,534 266,667 10-2 = 0,0214 mTrị số k theo PL ( bảng 4) ở cấp 22kV thì không có giá trị 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

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

Theo PL ( bảng 2), chọn hệ số chêm kín : kc=0,90

Theo PL ( bảng 3) , chọn hệ số điền đầy : kđ=0,95

Hệ số lợi dụng của lõi sắt là :

1.1.3 Suất tổn hao thép trong trụ và gông :

Bt =1,65 T , tra PL ( bảng 22), ta được Pt = 0,8765 W/Kg

Bg=1,625 T không có giá trị trong bảng ta tiến hành nội suy :

Bg=1,62 T , tra PL ( bảng 22),ta được Pg = 0,8325 W/kg

Bg=1,63 T , tra PL ( bảng 22), ta được Pg = 0,8472 W/kg

Do đó giá trị Pg ứngvới Bg =1,625 T là:

Pg=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 :

Bt=1,65 T , tra PL ( bảng 22), ta được qt = 1,1 VA/kg

Bg=1,625 T ta tiến hành nội suy :

Bg=1,62 T , tra PL ( bảng 22), ta được qg =1,0172 VA/Kg

Lê Công Trường – Lớp ĐKT.K27 10

Bg =1,63 T , tra PL ( bảng 22), ta được qg =1,0448 VA/Kg

Do đó, suất từ hóa của gông ở giá trị Bg=1,625T là:

qg= 1,0172 + (1,0448 1,0172).(1,625 1,62)−(1,63 1,62)− − =1,031 VA/Kg

* Suất từ hóa ở khe không khí khi ghép xen kẽ các lá tôn :

Với mối nối thẳng Bk’’=1,65 T , tra PL ( bảng 22), được qk’’=1058 VA/m2

Bk’=1,16 T , tra PL ( bảng 22), ta được qk’= 481 VA/m2

Bk’=1,7 T , tra PL ( bảng 22), ta được qk’=489 VA/m2

Do đó, suất từ hóa ở khe hở không khí (với mối nối xiên) ứng với Bk’=1,166T là:

qk’=481 + (489 481).(1,166 1,16)−(1,17 1,16)− − = 485,8 VA/m2

1.1.4 Các khoảng cách cách điện chính:

Theo PL ( bảng 6) , với Ut =55 kV ta chọn các khoảng cách cách điện:

Với công suất 800kVA thì giá trị của a không có vậy ta tiến hành nội suy02

để tìm giá trị đó:

Ứng với công suất 400÷630 thì a =5mm02

Ứng với công suất 1000÷2500 thì a =15mm02

-Giữa trụ và dây quấn hạ áp : a =10 mm02

-Giữa dây quấn hạ áp và cao áp : a =20 mm12

-Ôáng cách điện giữa dây quấn hạ áp và cao áp : δ 21 =5 mm

-Giữa dây quấn cao áp và cao áp : a =20 mm11

-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 lấy gần đúng theo PL ( bảng 25, 26 ) :

a=1,39 (mm) ; b= 0,32 (mm)

Hệ số kf là hệ số tính đến tổn hao phụ trong dây quấn, trong dây dẫn ra, trong vách thùng và các chi tiết kim loại khác do dòng điện xoáy gây ra Theo PL(bảng 5), thì giá trị kf của MBA công suất 800kVA không có giá trị ta tiến hành nội suy :

Ứng với MBA có công suất (1000÷6300)kVA thì kf =(0,96 ÷ 0,93)

Ứng với MBA có công suất (160÷630)kVA thì kf =(0,93 ÷ 0,85)

A1=5,663.104.a.A3.klđ=5,663.104.1,39.0,2123.0,855 = 641,261 Kg

A2=3,605.104.A2.klđ.l0=3,605.104.0,2122.0,855.0,05 = 69,264 Kg

Lê Công Trường – Lớp ĐKT.K27 12

* Trọng lượng của trụ :

Ứng với MBA có S≥630kVA thì e = 0,405

Ứng với MBA có S≥1000kVA thì e = 0,41

Vậy e với công suất 800kVA là:

.

A U B k k

a S r t ld

0,93.0,855 1,65 1,312.0,212 = =348,39 kg

* Trọng lượng dây quấn :

1.2 Tính sơ bộ các tổn hao :

1.2.1 Tổn hao không tải :

Thành phần phản kháng của dòng điện không tải có thể tính theo công suất từ hóa Q(VA):

i0x%= 0 %

10

Q S

* Công suất từ hóa :

β : hệ số hình dáng

* Tính dòng không tải :

1.2.2.Lập bảng xác định trị số β tối ưu :

β trong khoảng 1,2÷2,8 Gía trị β tìm được phải thõa mãn các tiêu chuẩn kỹ thuật và kinh tế và đồng thời thõa mãn điều kiện P0 ≤ 1300W

Lê Công Trường – Lớp ĐKT.K27 16

Với giới hạn p0 = 1300 W đã cho ta thấy β ≤1,6

Vậy ta chọn β = 1,6

1.3 Tính toán lại kích thước chủ yếu và các tổn hao :

Lê Công Trường – Lớp ĐKT.K27 18

1.3.1 Đường kính của trụ sắt là :

thỏa mãn điều kiện cho phép

k : hệ số phụ thuộc vào điện trở suất của dây đồng, k=2,4

* Trọng lượng dây dẫn kể cả cách điện

* Chiều cao dây quấn sơ bộ :

R U U n

e U

1

1,312 3,14.

CHƯƠNG II

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 nghĩa là phải chịu điện áp khi làm việc

bình thường và quá điện áp khi đóng ngắt mạch điện hay do sét Aûnh hưởng của quá điện áp do đóng ngắt với điện áp làm việc bình thường , thường chủ yếu cách điện chính của MBA , tức là cách điện giữa các dây quấn với nhau và cách điện giữa các dây quấn với vỏ máy ; còn quá điện áp do sét đánh lên đường dây thường ảnh hưởng đến cách điện dọc của MBA tức là giữa các vòng dây giữa các lớp dây hay giữa các bánh dây

- về mặt cơ học: dây quấn không đươc biến dạng hoặc hư hỏng dưới tác

dụng của lực cơ học do dòng ngắn mạch gây ra

- về mặt chịu nhiệt: khi vận hành bình thường cũng như ngắn mạch dây

quấn không có nhiệt độ cao quá

2.1.2.Yêu cầu về chế tạo :

Dây quấn chế tạo đơn giản tốn ít nguyên liệu và nhân công thời gian chế tạo nhanh giá thành hạ nhưng vẫn đảm bảo về mặt vận hành

Dây quấn máy biến áp là 1 bộ phận dùng để thu nhận năng lượng vào và truyền tải năng lượng đi

Lê Công Trường – Lớp ĐKT.K27 22

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 quấn xen kẽ : cuộn CA và hạ áp quấn thành từng bánh có chiều cao thấp và quấn xen kẽ do đó giảm được lực chiều trục khi ngắn mạch, dây quấn xen kẽ có nhiều rãnh dầu ngang nên tản nhiệt tốt hơn tuy nhiên dây quấn xen kẽ kém vững chắc hơn dây quấn đồng tâm mặt khác dây quấn xen kẽ có nhiều mối hàn giữa các bánh dây

2.2 DÂY QUẤN HẠ ÁP:

2.2.1 Sức điện động của một vòng dây :

T2’=

tb J

I2

1154,73,5.10 = 329,914.10-6 (m2) = 329,914 mm2Theo PL(bảng12), với máy biến áp S=800kVA, I2=1154,7A, U2=400V,

T2’=329,914 mm2, ta chọn kết cấu dây quấn hình xoắn kiểu xoắn đơn, chiều cao rãnh dầu ngang sơ bộ hr =5mm Dựa vào PL ( bảng 9), ta chọn số đệm cách điện giữa các bánh dây là 8

Chiều cao hướng trục của mỗi vòng dây (kể cả cách điện ) sơ bộ là :

Vì hv2 >15mm, theo [1] hình (3-40a) trang 84 Với J<3,5.106, q=2000W/m2thì

b khôngvượt quá 16mm, do đó ta chọn dây xoắn kép hình chữ nhật, dây quấn có rãnh dầu ngang giữa, hoán vị phân bố đều.(dây xoắn kép)

Hình 2-1 Tiết diện 1 vòng dây của dây quấn HA

Theo PL ( bảng 8), ta chọn dây chữ nhật mã hiệu πσ , tiết diện mỗi vòng dây gồm 12 sợi song song , chia thành 2 nhóm ( dây quấn hình xoắn kép ) mỗi nhóm 6 sợi có rãnh dầu ngang ở giữa hai nhóm là 5 mm

Qui cách dây quấn HA như sau : πσ 12 3,55.8,54,05.9 ; 29,6

* Tiết diện thực của mỗi vòng dây gồm 2 sợi chập lại là :

Lê Công Trường – Lớp ĐKT.K27 24

4,05

24

9 5 9

l2 =2.9.10-3(18+1) +[ (2.18 + 1 - 6).5 + 6.15].0,95.10-3 = 0,6 m *Bề dày của dây quấn hạ áp :

nv2 : số sợi chập, nv2=12 sợi

n : đối với dây quấn hình xoắn mạch kép, n=2

a’ : chiều rộng của dây quấn khi có cách điện, a’= 4,05mm

* Đường kính trong của dây quấn hạ áp :

D2’= d+2a02.10-3=0,24 + 2.10.10-3 = 0,26 m

Với a02: khoảng cách giữa trụ và dây quấn hạ áp, a02=10mm

* Đường kính ngoài của dây quấn hạ áp :

Trọng lượng đồng của dây quấn hạ áp kể cả cách điện :

Gdd2=1,02.Gcu2=1,02.152,53 =155,58 kg

2.2.3 Bề mặt làm lạnh của dây quấn hạ áp:

M2 = 4.t.k.π.(D2’+a ).(2 a2 + b’.10-3).W2 =

= 4.3.0,75.3,145.(0,26 + 0,0243).(0,0243 + 9.10-3).18 =4,823 m2

2.3 TÍNH TOÁN DÂY QUẤN CAO ÁP :

2.3.1 Số vòng dây cuộn cao áp khi điện áp định mức :

Ta vẽ cho pha A, pha B và pha C tương tự :

Lê Công Trường – Lớp ĐKT.K27 26

Điện áp(V)

Pha A Pha B Pha C

Hình 2-2 Sơ đồ điều chỉnh điện áp của dây quấn CA

2.3.2 Sơ bộ chọn mật độ dòng điện theo công thức :

Theo PL(bảng12), với S=800kVA, I1=20,995A, U1=22000V, T1’=5,59 mm2

Ta chọn kết cấu dây quấn kiểu bánh dây xoắn ốc liên tục dây dẫn chữ nhật chiều cao rãnh dầu ngang hr =4mm

Theo PL ( bảng 8 ), ta chọn dây chữ nhật mã hiệu πσ có thể dùng 1 , 2 hay

4 sợi dây tiết diện như nhau chập lại để quấn Ở đây ta chọn 1 sợi dây vàcó qui cách sau :

I

* Chiều cao mỗi bánh dây :

* Sắp xếp lại số vòng dây ở tất cả các bánh dây như sau :

64 bánh chính x 14 vòng = 896 vòng

8 bánh điều chỉnh x 12,5 vòng = 100 vòng

4 bánh cách điện tăng cường x 11 vòng = 44 vòng

Tổnghợp

Lê Công Trường – Lớp ĐKT.K27 28

Kích thước dây dẫn

-không cách điện(mm)

-có cách điện (mm) 1,6x3,752,1x4,25 1,6x3,753,1x5,25

Kích thước (mm)

-hướng kính

-hướng trục

304,25

30 (26,3)4,25

31,55,25

30600 Trọng lượng dây dẫn (kg)

- không cách điện

- có cách điện

176,26197,78

11,7511,98

2,9372,996

190,95194,76

Hệ số tăng trọng lượng dây

dẫn do cách điện

20 24

Hình 2-2 Các kích thước chính của dây quấn HA và CA

2.3.4 Trọng lượng dây quấn cao áp :

1 max 1

'' 1

TÍNH TỔN HAO VÀ THAM SỐ NGẮN MẠCH

Lê Công Trường – Lớp ĐKT.K27 30

Tổn hao ngắn mạch của MBA 2 dây quấn là tổn hao ngắn mạch trong MBA khi ngắn mạch 1 dây quấn còn dây quấn kia đặt vào điện áp ngắn mạch Un để cho dòng điện trong cả 2 dây quấn đều bằng định mức

Tổn hao ngắn mạch có thể chia ra thành các thành phần sau :

- Tổn hao chính, tức là tổn hao đồng trong dây quấn HA và CA do dòng

điện gây ra pcu1 và pcu2

- Tổn hao phụ trong 2 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 và pf2

- Tổn hao chính trong dây dẫn ra pr1 và pr2

- Tổn hao phụ trong dây dẫn ra prf1 và prf2 thường tổn hao này rất nhỏ, có thể bỏ qua

- Tổn hao trong vách thùng dầu và các kết cấu kim loại pt do từ thông tản gây nên , thường tổn hao phụ được tính gộp trong tổn hao chính bằng cách thêm vào hệ số tổn hao phụ kf vậy tổn hao ngắn mạch sẽ được tính theo biểu thức :

Từ thông tản xuyên qua dây quấn làm cho dòng điện phân bố không đều trong tiết diện dây gây ra kf1 và kf2

- Tổn hao phụ trong dây quấn hạ áp :

Đối với dây đồng tiết diện chữ nhật.Với n >2 ta có :

b : kích thước của dây dẫn theo hướng song song với từ thông tản

phía hạ áp

kr : hệ số Ragovski

m : số thanh dẫn của dây quấn song song với từ thông tản phía hạ áp

- Tổn hao phụ trong dây quấn cao áp :

kf1=1+ 0,095.108.β2 .a n4 2 = +1 0,095.10 (0,43) (1,4.10 ) 228 2 − 3 4 2 =1,003

a : kích thước của dây dẫn theo hướng thẳng góc với từ thông tản

phía cao áp

n : số thanh dẫn của dây quấn thẳng góc với từ thông tản phía cao áp

b : kích thước của dây dẫn theo hướng song song với từ thông tản phía cao áp

kr : hệ số Ragovski

m : số thanh dẫn của dây quấn song song với từ thông tản phía hạ áp

* Tổn hao dây dẫn ra :

- Khi dây quấn nối hình sao, ta có chiều dài dây dẫn ra hạ áp :

Lr2=7,5.l2 =7,5.0,6 = 4,5 m

- Trọng lượng đồng dây dẫn ra hạ áp :

Gr2 =lr2.Tr2.γ = 4,5.355,2.10-6.8900 = 14,226 kg

Tr2 : tiết diện dây dẫn ra của cuộn hạ áp, Tr2 =355,2.10-6 m2

γ : điện trở suất, với đồng γ cu =8900 kg/m3

Vậy tổn hao dây dẫn ra hạ áp :

Pr2 =2,4.10-12 2

2

2 G r

J =2,4.10-12.(3,25.106)2.14,226 = 360,63 W

* Tổn hao dây quấn cao áp :

- Khi dây quấn nối hình sao, ta có chiều dài dây dẫn ra cao áp :

Lr1=7,5.l1=7,5.0,6 = 4,5 m

- Trọng lượng đồng dây dẫn ra cao áp :

Gr1 =lr1.Tr1.γ = 4,5.5,79.10-6.8900 =0,232 kg

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 :

Một phần từ thông tản của máy biến áp khép mạch qua vách thùng dầu, các xà ép gông, các bu lông và các chi tiết bằng sắt khác Tổn hao phát sinh trong bộ phận này chủ yếu là trong vách thùng dầu và có liên quan đến tổn hao ngắn mạch Đối với máy biến áp hai dây quấn có thể tính gần đúng theo công thức sau :

Pt =10.k.S =10.0,02.800 =160 W

k : hệsố, tra [1] bảng 40a, trang 212 , k=0,02

3.3 Tổng tổn hao ngắn mạch trong máy biến áp là :

Pn =Pcu1.kf1 + Pcu2.kf2 + Pr1 + P r2 + Pt

=6038,55.1,003 + 3866,64.1,045 + 7,34 +360,63 + 160 =10625,3 WVậy tổn hao khi điện áp U1=U1ddm

Pn = P n −0,05.P k cu1 f1 =10625,3 (0,05.6038,55.1,003)− =10322,47 W

So với sai lệch % lúc đầu là :

10500 10322,47.100 1,69%− =

10500

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 định mức, còn dây quấn kia nối ngắn mạch sao cho dòng điện cả hai phía đều bằng dòng điện định mức tương ứng

* Thành phần điện áp ngắn mạch tác dụng :

Unr%= =10322,47 1,29=

10.n 10.800

P

* Thành phần điện áp ngắn mạch phản kháng :

Lê Công Trường – Lớp ĐKT.K27 34

Unx% = 1

,7,9 10f S a k r r

ar : chiều rộng qui đổi của rãnh từ tản giữa dây quấn cao áp và hạ ápĐể đảm bảo sai lệch giá trị của un nằm trong sai lệch cho phép ta tăng

a12 lên một ít Khi đó a12 = 25 mm

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 bị 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 bị bảo vệ 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

* Tính dòng điện ngắn mạch cực đại :

( )

dm dm n

I S U

Trong đó :

Iđm : dòng điện định mức của đầu phân áp, Iđm =I1=20,995 A

Un : điện áp ngắn mạch toàn phần, Un = 4,8%

Sđm : dung lượng định mức của máy biến áp, Sđm =800 kVA

Sn : công suất ngắn mạch của mạng điện cung cấp, tra [1] bảng 40b,

trang 212, ta được

Sn =2500 kVA

Trị số cực đại của dòng điện ngắn mạch:

Khi ngắn mạch đột nhiên, dòng điện ngắn mạch gồm hai thành phần : thành phần chu kỳ và thành phần tự do không chu kỳ Thành phần ngắn mạch tự do không chu kỳ làm trị số dòng điện ngắn mạch tức thời tăng lên rất lớn

imax = 2.( . . ) 2. .(1 .nx )

nr nx

nr

U U n

U U n

= 2.434,5.(1+e−3,14.1,294,8 ) = 870,66 A

* Tính lực cơ học khi ngắn mạch :

Khi ngắn mạch dây quấn chịu lực cơ học rất lớn Nếu không xét kỹ có thể lực cơ học làm hư hỏng dây quấn Lực cơ học sinh ra do tác dụng của dòng điện trong dây quấn với từ thông tản

Trường hợp hai dây quấn cùng chiều cao và các vòng dây quấn phân bố đều trên toàn chiều cao :

Lê Công Trường – Lớp ĐKT.K27 36

Từ trường tản có thành phần dọc trục B và thành phần ngang trục B’, ứng với mỗi từ trường tản sẽ có lực tác dụng tương ứng.

Hình 3-1 Tác dụng của lực hướng kính lên dây quấn đồng tâm

* Từ trường tản dọc B tác dụng với dòng điện gây ra lực hướng kính Fr :

F nr nr

.

10 − 6

nr nr

F

T W

110552,99.10 19,285,79.10 990

−

Vậy thõa mãn điều kiện cho phép

Ft’’=Fr ''

.

x r

l

l k m

Trong đó :

m biểu thị các hình thức bố trí khác nhau của dây quấn

lx khoảng trống lớn nhất của những vòng dây không mang điện

lx = 2(4.hr + b’.4) +12 = 2.(4.4 +4,25.4) + 12 = 78 mm

l’’= là khoảng cách từ trụ đến vách thùng

l’’=B d2− = 0,579 0,242−

= 0,169 m Trong đó B là kích thước ngang thùng của vỏ thùng tính ở chương thiết kế vỏ máy

Vậy :

Ft’’= 694272,79 0,169.0,93.4 = 86138,06 N0,078

* Lực nén chiều trục cực đại trong dây quấn :

Lê Công Trường – Lớp ĐKT.K27 38

- Đối với dây quấn hạ áp :

F

n a b

n : số miếng đệm theo chu vi vòng tròn dây quấn, n=8

a,b : kích thước miếng đệm

Fn : tổng hợp lực lớn nhất, Fn = 110090,47 N

CHƯƠNG IV

TÍNH CHÍNH XÁC MẠCH TỪ VÀ THAM SỐ KHÔNG TẢI

MÁY BIẾN ÁP 4.1 Chọn kết cấu lõi thép :

- Lõi thép kiểu 3 pha, 3 trụ

- Mạch từ có 4 mối nối nghiêng ở 4 góc, các lá thép được ghép xen kẽ làmbằng tôn cán lạnh mã hiệu 27ZH95 dày 0,27 mm Trụ ép bằng đai vải thủytinh, có tấm sắt ép đệm do đó trong quá trình tính toán thì ta không lấy kích thước ngoài cùng Tiết diện trụ có 7 bậc, gông có 6 bậc

Theo PL (Bảng 14) ta có các kích thước các tập lá thép sau :(với d=0,24m)

230x34215x19195x17175x12155x9135x8

Lê Công Trường – Lớp ĐKT.K27 40