Đồ án môn học-Thiết kế máy điện
Trang 2ĐỒ ÁN MÔN HỌC
THIẾT KÉ MÁY ĐIỆN
CAC SO LIEU BAN ĐẦU:
Công suất định mức : 400 kVA
Điện áp định mức :15/0,4kV đấu A/yo-I1
Tổn hao không tải : 840 W
Tổm hao ngắn mạch : 5750W Điện áp ngắn mạch :4%
Đặc điểm:Đặt ngoài trời,làm việc liên tục,làm lạnh bang dau NỘI DUNG TÍNH TỐN:
Tinhd tốn kích thước chủ yếu
Tính tốn dây quan CA,HA
Tính tốn mạch từ
Tính tốn các tham số ngắn mạch,khơng tải
Tính tốn nhiệt
Bản vẽ tổng lắp ráp
1
Trang 3CHUONG I :NHUNG VAN DE CHUNG VE MAY BIEN AP DIEN
LUC
Máy biến áp điện lực là thiết bị chủ yếu của công mghiệp điện lực.Theo
sự phát triển của xã hội và hiện đại hóa của đất nước,qui mô của lưới điện quốc gia ngày càng được mở rộng và số lượng máy biến ap ngày càng
lớn,yêu cầu kĩ thuật máy biến áp ngày càng cao.Trong quá trình truyền tải để
giảm tổn thất điện năng thì điện áp phải được nâng và hạ xuống 4 đến 5
lần.Do vậy tổng công suất của máy biến áp lớn hơn gắp 6 đến § lần công
suất của nhà máy điện
Ngày nay hiệu suất của máy biến áp được nâng lên rất cao,từ 98 đến
99%,nhưng do số lượng máy biến áp trong hệ thống điện rất lớn nên tổn hao
này cũng đáng kể,vì vậy cần phải giảm đến mức thấp nhất có thé tén hao trong máy biến áp nhất là tổn hao không tải
Trong quá trình chế tạo thì những máy biến áp cỡ vùa và nhỏ được chế tạo thành loại ba pha.Còn những máy biến áp cơ lớn được chế tạo thành loại một pha sau đó được ghép lại thành tổ máy biến áp ba pha
Công suất máy biến áp ngày càng lớn Trên thế giới đã chế tạo được máy
biến áp ba pha có cơng suât đến một triệu kVA và điện áp tới 1150 kV.Để
đảm bảo chất lượng cung cấp điện năng thông thường thì máy biến áp được
chế tạo sao cho có thê điều áp được đưới tải.Máy biến áp được chế tạo với
vật liệu có từ tính tốt,có suất tổn hao thấp,độ từ thâm cao,ngoài ra còn được
cải tiến cách làm mát và dùng những vật liệu kết cầu nhẹ và bền
Có thể nói rằng sự phát triển của công nghệ chế tạo máy điện nói chung và cơng nghệ chế tạo máy biến áp nói chung đã có những sự phát triển vượt bậc
2
Trang 4đã tạo ra những máy có cơng suất lớn,điện áp cao nhưng có kích thước giảm
đáng kê
CHƯƠNG 2 :TÍNH TỐN CÁC KÍCH THƯỚC CHỦ U
1.Tính tốn các tham số cơ bản
1.Công suất trên mỗi pha của máy biến áp:
S
S', = 22 = 400 _ 1333 kVA
"3 3
2.Dòng điện định mức trên một pha máy biến áp: Dịng điện định mức phía cao áp của máy biến áp:
_S,-10° 400.100 -
U, — 43.15.10°
Dòng điện định mức thứ cấp máy biến áp:
ii 26,7 A S,-10° 400.10°
3U, A3.0,410°
3.Điện áp các pha của máy biến áp:
L= =577,3 A
Điện áp bên cao áp của máy biến áp:
Ủa=U¡=15000 V
Điện áp bên hạ áp của máy biến áp:
U, _ 0,4.10°
v3 43
4.Điện áp thử nghiệm của dây quấn máy máy biến áp
Up= =230,04 V
Theo TCVN ta có điện áp thử nghiệm của máy biến áp:
Dây quấn cao áp của biến áp: Với U¡=15 kV thì ta có U/=38 kV
Dây quấn hạ áp của biến áp : Với U;=0,4 kV ta có U=5 kV
3
Trang 55.Kiểu dây quấn trong máy biến áp Theo phụ lục XV ta có :
Với dây quấn cao áp điện áp U¡=15 kV và đòng điện I;= 27,6 A.ta chọn
loại đây xoắn ốc liên tục
Với dây quấn hạ áp U;=0,4 kV và dòng điện I;=577,3 A,ta chọn dây loại xoắn ốc mạch đơn
6.Xác định các tham số tính kích thước chủ yếu
Hé sé ag Ta có :
a,t+a,
an”; +
Hệ số anphụ thuộc vào kích thước cụ thể của máy biến áp,của dây quấn HA
va CA,do đó chỉ khi bố trí xong dât quấn mới có thể xác định chính
xác.Khoảng cách cách điện giữa dây quấn CA và HA là a¡; được chọn theo điện áp thử nghiệm của cuộn CA
Tra theo bảng XIV-2 TKMĐ ta có:
Cơng | Điện áp | Cuộn CA đên | Giữa cuộn CA | Giữa hai cuộn |_ Đâu
suất thử U, gong,cm với HA,em CA,cm thừa,cm
MA, | GIá cuộn, loo ou 2a On 322 On lao
Sp CA kV kVA
400 25 3,0 - 0,9 0,3 1,0 - 1,5
Lấy sơ bộ ra =kq[S', Trong đó k là hệ số phụ thuộc vào dung lượng
máy biến áp, vật liệu làm đây quấn CA và tổn hao ngắn mạch trong
MBA.Theo bang 13.2 TKMD ta chon được k=0,58
4
Trang 6Thay ta có: THÊ sp S', =0,58.4/133,3 =1,97 cm Vậy ta có: aạ=2+1,97=3,97 cm Điện áp ngắn mạch tác dụng: 1= h _, 100 =1,43 % ” 108, 10.400 Điện áp ngắn mạch phản kháng:
u,, =u, —u’,, =V¥ -1,43° =3,74 %
Hình đáng sơ bộ của máy biến áp như hình vẽ:
Hệ thống mạch từ sủ dụng hệ thống ba pha ba trụ có mối ghép chéo
góc,ghép thẳng với trụ giữa
5
Trang 7Trụ được ghép bằng băng đai và gông ding sắt góc ép lại Thép dùng làm
lõi sắt là thép cán nguội đẳng hướng 3407 dày 0,3 mm.Lấy mật độ từ
cảm trong trụ Br=1,75 T
Theo bảng 13.2 với S;=400 kVA thì trụ có 6 bậc,hệ số điền đầy k„=0,926
Hệ số ép chặt k,=0,95 ta có hệ số lợi dụng:
k¿=ka.kc=0,95.0,926=0,88
Chọn các bậc của gông là 7.Theo phần phụ lục XVII-2 TKMĐ ta có: Hệ
số của gơng ko=1,02.Trơng đó ko là tỉ số thiết diện giữa gơng và trụ.Vì
vậy ta có mật độ từ cảm trong gông Be=B;/1,02=1,75/1.02=1,029 T Số khe hở trong mạch từ gồm 4 rãnh chéo ở 4 góc và 3 rãnh vuông ở trụ giữa.Mật độ từ thông trong rãnh vng góc là:
B"p=Br= 1,75 T
Từ thông trong rãnh chéo là:
B=z„/42 =I,75//2=1,24T
Theo bảng V-4 ta có tổn hao trong thép :
+Tổn hao trong trụ Pret=1,238 Wikg
+Tén hao trong gong Prec=0,574 W/kg +Tén hao tir hoa trong tru qr =1,956 VA/kg +Tén hao tir hao trong g6ng qg_ =1,575 VA/kg Tén hao từ hóa trong khe hở khơng khí:
+Tổn hao từ hóa trong khe hở vng góc q"x= 0,61 VA/cm?
+Tén hao từ hóa trong khe hở chéo q'x = 0,0956 VA/ cm”
Theo bang 13.7 ta có hệ số tổn hao phy k=0,91 khi ngắn mạch.Theo
bảng 13.5 và 13.6 ta có được hằng số đối với dây đồng là a=1,4 và b= 0,28.Ta lấy hệ số kạ=0,95 là hệ số ép chặt
6
Trang 8Hệ số Ø = 1,8— 2.4
*Ta tiến hành tính tốn các hệ số cơ bản :
Hệ số A:
A=l6 [Se @eka 16, 133.3327095 16 51
JU, B pkey, 50.3,74.1,757.0, 887
Hé sé A :
A\=5,66.107.a.4°.k, = 5,66.107.1,4.16,51°.0,88 = 313,81 kg
Az=3,6.102.4?.*,1y =3,6.102.16,517.0,88.3=25,9 kg
Trong công thức trên lạ là khoảng cách từ cuộn cao áp đến gơng.Tra bảng ta có được lạ=5 mm
B, =2,4.107.k,.k-A?(a+b +c) =2,4.107.0,88.1,02.16,51°.(1,4 + 0,28 + 0,411) = 202,72 By=2,4.107.h, kg A? (ayy + dy) = 2,4.107.0,88.1, 02.16, 512.(2,7 + 3,0) = 33,47 kg
Cị=K, 1~ ` —=# Spat 3ã oo 3 kK Bru, & 400.1,47 =2,4610.————————_D 6,91.0,887.1,75”.1,43.16,5IF =498,49 kg P M=0,2453.10k, ky ky = aA 5750 1,4.16,51 =0,2453.107.45,86°.0,91.0,95 =11,8 MPa
Trong công thức trên thì:
at ene 1 wns Lal te 34) = 45,86 24, +B, _ 225,94+33,47 _ B 3B 3 202,72 0,19 1
Trang 9Chọn tỉ giá giữa dây đồng PVB và thép 3404 là kẹ, c„=2,21 _ A 313,81 a = 0,52 3.B, 3.202,72 Chon k,g=1,06 ta c6 : p=2G, eit Oa =e, 69,98 2,21.1,06 = 0,22 3D, ” 3 466,13 Ta có đẳng thức : x°+Bx*-Cx-D=x°+0,328.x*-0,554x-0,22
Theo phương trình trên ta có /,„„ = 1,90 Trọng lượng tôn Silic của các góc gơng:
G,=0,493.10”.kị.ko.A)xÌ=
=0,493.107.0,88.1,02.16,51°.x°=19,91x°
Thiết điện của trụ lõi sắt :
S¡=0,785.k.A?.x=
=0,785.0,88.16,517.x?=188,3x? Thiết diện khe hở vng góc :
S”k=Si=188§,3.x?
Thiết diện khe hở chéo:
S'g=Sr.2 =188,3 /2 x?=
=266,3.x°
Tén hao không tải trong máy biến áp :
Pợ=kr(prGr+pa.Go)=
=1,25(1,238.Gr+0,574.Go)=1,54Gr+0,717Go
8
Trang 10x= J2 Al/x=313.81/x Agx?=25.9.x° Gi=Ai/x+ Azx? Byx*=202.72.x? Byx’=33.47.x°
Go= Bix*+ Box” Gre=Gr+Go G,=52,35.x° Pạ=1,7Gr+1,563Gạ Qu=2,445G¡+1,969Go +97,8G„+136,5x7 iox=Qo/10Sp Gag=Cy pe Gcu=1,66Gua 1.8 1158292185 1.341640786 1,554012038 270.9247321 34.74849637 305.6732285 315.0293204 44.90471712 359.9340376 665.607266 30.94037969 728.8094768 4663.655898 1.165913975 474.3818214 787.4738236
Dai học Bách khoa Hà Nội 9
Trang 11kcuGcu=2,21Gcu 174031715 165100981 1574.176092 1507.15886 1591.265 C= Gret keureGeu 174211715 1653.00981 1576.376092 1509.55886 1593.418 J=0,91.5750/2,4Gag 3143803514 3.20102184 3.254096592 3.3036668 3.44196 3 ô„ =Mx 1423475027 154052223 16.54674158 1746625704 16.2809 đ=A.x 19.12340398 19.6338095 20.10725305 20.5494349 19.99899 dịa=ad=l,4d 26.77276557 2744873333 28.15015426 287692089 27.99859 Ezd⁄ 46.70360216 43.15511432 40.17794745 37.6397149 40.83398 2a;=bd 5354553114 5.49746665 5.630030853 5.75384177 5.599717 C=diz†aiz†2a2?+aa› 37482731868 386847999 39.48018512 402230506 39.2983
Ta thấy rằng giá thành thấp nhất của máy biến áp khi ø nằm trong khoảng
1,8 đến 2,4.Khi đó ta có đường kính của trụ nằm trong khoảng 19,21đến
20,54 cm.Trong khoảng đường kính đó các thơng số đạt yêu cầu.Ta chọn
đường kính trụ đ=20 cm.Khi đó ta có x=1,211 vậy ø=2,153
Thiết diện lõi sắt của mạch từ:
S1=188,3.x°=188,3.1,211°=276,14 cm? Đường kính trung bình của lõi sắt:
dịz=a.A.x=1,4.16,51.1/211=28 em
Chiều cao dây quấn của máy biến áp:
Late _ 7.28
B 2,153
=40,85 cm Chiều cao của trụ lõi sắt:
lr =l +2.1g=40,83+2.3=43,13 em
10
Trang 12Khoảng cách giữa các trụ và lõi sắt :
€ =diz†ai;†2a;†aa;= 41,1 cm
Điện áp trên một vòng dây:
Uw= 4.44.£Br.Sr.10°=
= 4,44.50.1,75.276,1410°=10,72 V
Trọng lượng sắt của máy biến áp:
Gr.=706,49 kg
Trọng lượng đồng trong máy biến áp:
Gag=433,38 kg
Mật độ đòng điện trong máy biến áp:
J=3,44A/mm?
Ứng suất trong day quan cho phép của máy biến áp:
ô„=M.x` =16,28 Mpa
Tén hao không tải trong máy biến áp thiết kế :
Pe=751W
Dịng tổn hao khơng tải:
ig%= Q/10Sp=1,298 %
1.TÍNH TỐN DÂY QUẦN HẠ ÁP: Số vòng dây quấn hạ áp:
wa= Up/Uy=230,94/10,72=21,54 vong
Ta lấy w;=22 vòng.Khi đó ta có điện áp rơi trên một vòng dây
Uy=230,94/22=10,5 V
Mat d6 dong dién trong day quan :
5750.10,5
PU
J,=0,746.kf2— = 0,746.0,91 400.28 PA =3,66A/ mm?
Thiết điện của dây quấn hạ áp tính tốn:
S°a;=l2/Jz=230,94/3,66 = 63,1 mm?
1
Trang 13Chọn dây quấn của máy biến áp là dây quấn xoắn ốc kép một lớp.Chọn
khoảng cách rãnh dầu trong máy biến áp h,=0,5 cm
Chọn số đệm dọc theo chỉ vi của dây quấn của cuộn dây của cuộn hạ áp là
12 chiếc.Chiều rộng tắm đệm là 4 cm
Chiều cao hướng trục của dây quấn hạ áp :
hy = i =n, = 4985 9.5 =1,28 cm
w, +1 22+1
nas TA ay ‘Bo aux ay, 4,5x12,5
Chon dây là 3 sợi dây ghép song song loại PB Thiết diện l sợi là: snxizô0
„x13,
Các sợi được chia làm hai mạch ghép song song có rãnh dầu ở giữa Thiết điện của một vòng dây tổng bằng:
Sz=3.55,39=166,17 mm”
Mật độ dòng điện trong đây quần hạ áp trong chế độ định mức:
J;=577,3/166,17=3,47 A/mm”
Chiều cao dây quan ha 4p:
Ta tiền hành tính tốn chiều cao dây quấn hạ áp bằng cách cho chiều cao dây
quấn hạ áp bằng chiều cao đây quần cao áp
Chiều cao dây quấn hạ áp được tinh theo công thức:
1, =2b 0, +1)+k[l,„wy +(09, + D]
Trong công thức trên:
l; : Chiều cao thực tế của cuộn hạ áp
b’ : Chiều rộng của một sợi dây quấn
w¿ : Số vòng đây cuộn hạ áp
k: Hệ số khi kể đến sự co ngót của dây quấn khi ép chặt để
sây khô.thông thường k=0,94-0,96,ta lầy k=0,95
hg: Chiều cao rãnh đầu làm mát
12
Trang 14ø : Chiều cao cách điện giữa hai mạch ø =0,1-0,15.Ta lấy
o=0,1
Ta tiến hành bố trí cuộn day ha áp có chiều cao tương đương như cuộn cao
áp.Do vậy thì số rãnh thơng dầu của máy biến áp phảI chọn sao cho thỏa
mãn được điều kiện về chiều cao.Dé don giản trong thiết kế và lắp đặt ta
chọn tắt cả các rãnh thơng đầu đều có kích thước bằng nhau.Ta có phương trình:
1, =2.1,3(22 +1) +0,95[ñ,;22 + 0,122 +1)]= 72,43em
Ta có chiều cao rãnh thông dầu:
h;ạ= 0,78 em
Kích thước rộng của dây quấn:
a, Magi pg 3,0cm
“ 2 2
Trong thủ nghiệm cao áp thì với cấp điện áp 0,4 kV, điện áp thử nghiệm là 5 kV.Trong kết cấu dây quấn kiểu xoắn ốc ta có aai=1,5 đó là khoảng cách từ cuộn hạ áp dến gông
Đường kính trong của dây quấn hạ áp:
D’= d+2ao1 = 20+2.1,5 = 23 cm
Đường kính ngồi của dây quấn hạ áp:
D 2= D);†2.a;= 23+2.3 = 29 cm
Đường kính trung bình của đã quan ha áp:
Dyo= (D?;+D”;)/2 = (23+29)/2 =26 cm
Suất tản nhiệt trên bề mặt dây quấn hạ áp : 1,07.7,w,k,
ORO ra)
Trong công thức trên :
q; : Suất tản nhiệt trên bề mặt dây quấn hạ áp
13
Trang 15J; : Mật độ dòng điện trong dây quấn hạ áp wụ : Bề rộng dây quán hạ áp kể cả đến cách điện
k¿ : Hệ số tổn hao phụ
kạ : Hệ số của dây quấn
Thay số ta có:
_ 1,07.3,66.577,3.0,5.1,05 = 535,01 W/m?
0,75(1, 483 + 3)
h
Trọng lượng đây đồng trong day quấn hạ áp:
Gặ, =28.a,.D,„„.w,.9,.105 ig
Thay số ta có :
G, dq = 28.3.26.22.166,17.10° =79,84kg
Trọng lượng dây quấn ha áp kể cả cách điện :
Goago = 1,02Gaqo=1,02.79,84=81,44 kg 2.TÍNH TỐN DÂY QUẦN CAO ÁP
Do yêu cầu của máy biến áp có điều chỉnh điện áp nên ta tiến hành thiết kế
dây quấn cao áp có các đầu ra cho phép điều chỉnh điện áp.Chọn điều chỉnh
điện áp là +2+2,5%
Dòng điện qua tiếp điển của bộ điều chính bằng 72,168 A
Điện áp của hai đầu điều chỉnh :
Sơ đồ đầu điều chỉnh điện áp :
14
Trang 16xck —>-z.= _5 xolc
Điện áp giữa hai đầu điều chỉnh điện áp -5 và +5 bằng :
User = 10%.U¡ = 10%.15.10°=1500 V
Điện áp thử của cuộn dây điều chỉnh :
Urace= 2.U ace =2.230,94 = 461,88 V
Điện áp giữa hai nắc điều chỉnh kiên tiếp của cuộn đây cao áp :
AU, = 2,5%.15.10° = 375 V
Đặt tên các đầu điều chỉnh như bảng dưới day :
Đầu điều chỉnh +5% +2,5% 0% -2,5% -5% Tên Ai Ay A3 Ag As Dién ap kV 15750 15375 | 15000 | 14625 14250
Đối với dây quan cao áp ta chọn dây quấn xoắn ốc liên tục
15
Trang 1710 11 te 13 14 r\)PO} a3} &}] Ol] DIN
Số vòng dây cơ bản của cuộn dây cao áp :
U,
2M = 22.25 = 825 vong
› ›
Mì
Số vịng dây điều chỉnh điện áp của cuộn dây cao áp: Số vòng dây ứng với một nắc điều chỉnh điện áp :
Wie _ 461
Wee = 4 ==T_ =115 vòng
Mật độ dòng điện sơ bộ trong đây quấn cao áp:
J", =2J,, —Jy =2.3,47-3,66 = 3,28 A/mm
Thiết diện sơ bộ của đây quấn cao áp:
S’\=Ip/P |= 26,7/3,28 = 8,14 mm?
Dùng dây xoắn ốc liên tục với dây dẫn là loại dây PB.Số sợi dùng là 1
sợi,thiết diện đây cao áp bằng :
_ 1,50x5,00
= =7,29mm”
2,00x5,5
16
Trang 18Mật độ dòng điện trong đây quấn cao áp:
Giữa hai bánh dây kép ta thiết kế một rãnh dầu rộng 0,5 cm.Giữa hai lớp dây quấn của dây quấn kép ta đặt lót cách điện dày 0,05 cm.Ở hai rãnh dầu dây
quấn ta để một khe hở 0,75 cm đề tăng cường cách điện.Khe hở giữa hai nửa cuộn dây ta đặt bằng h=1,25 cm,chiều cao của một bánh dây b=0,55 cm
Số bánh dây của cuộn dây cao áp:
2Œ,+h/) _ _ 2(12,43+0,5)
lạ =85,8 cm
2b'th,+6 2.0,55+0,5+0,1
Chọn số bánh dây của cuộn dây cao áp là 80 bánh.Số vòng dây trong một
bánh:
| _ My _ 825 = — =10,3 vong/banh
vee 80 en
Ta tiến hành chia số vòng đât trung bình cho mỗi bánh:
+ Chọn 58 bánh cơ bản, mỗi bánh có 11 vịng ,bánh 59 có 7 vịng ,tổng cộng có 645 vòng
+ Chọn 4 bánh cách điện tăng cường,mỗi bánh có 9 vịng,tổng cộng có 36
vòng
+ Chọn 12 bánh cách điện tăng cường ,mỗi vòng có 12 vịng,tổng cộng có 144 vịng
Tổng cộng có 645+36+144=825 vòng
So dé bé tri day quấn như hình vẽ :
17
Trang 19
2 bánh dây T 26 bánh dây C § bánh dây D 26 bánh dây C 2 bánh dây T
Z~“—
Trong hình vẽ trên :
Bánh dây T : Bánh dây có quan cach điện tăng cường
Bánh dây C : Bánh dây cơ bản
Bánh đây D : Bánh dây điều chỉnh điện áp Chiều cao của cuộn dây cao áp :
1, =D' tty, + [A (typ -2) + hụ, ]=0,55.60+0,65.4+0,95(0,75.4 +1,25 +0,1.30 +0,5.28) =55,8em
Đường kính trong của cuộn dây cao ap :
D?¡= D”z+2.ai;= 29+0,9 = 29,9 cm
Số vòng dây trong một bánh dây:
Wo1= W2/Np2=825/70=1 1,78 vong
Lay tròn wụ¡=ll vòng
Chiều dày của cuộn dây cao áp :
ai=a);.wp¡= 11.0,5 = 5,5 em
Đường kính ngoài của cuộn dây cao áp :
D”, = Dˆ¡+2.a¡ = 29,9+2.5,5 = 40,9 cm
Đường kính trung bình của dây quấn cao áp :
Dại= (D?¡+D”)/2 = (29,9+40,9)/2 = 35,4 cm
Suất tản nhiệt của cuộn dây cao áp :
1,07.J,.L 49, 4
ae tpivicks _1,07.3,66.26,7.0,2.105 _ 5 14 Wien?
k,(b'+a,) 0,75(0,2 + 5,5)
Trọng lượng đồng trong dây quấn cao áp :
18
Trang 20Gaui= 28.ai.Dai.wi.Sì.10 =
= 28.5,5.35,4.825.7,29.10 = 108,6 kg
Goagt = 1,02.Gagi = 1,02.208,6 =212,8 kg
Kích thước dây quấn của máy biến áp :
A 1 ON 19
Trang 21TÍNH TỐN CHÍNH XÁC KÍCH THƯỚC MẠCH TỪ
Trong thiết kế ta dùng loại thép 3407 chiều dày là 0,3 mm ta không đùng
cách điện bỗ xung trong mạch từ
Kích thước của trụ mạch từ d=23 cm Trụ trong máy có 6 bậc
Thiết diện của trụ :
Trong công thức trên :
Spr : Diện tích của trụ
ar : Chiều cao một bậc br : Chiều rộng một bậc
Cơng thức tính đường kính trụ dựa vào hệ số hình dáng và số bậc :
p,=k,(Š
2 2
Nên ta có : S,= P| (23 =379,9 cm?
k 0 1,18
ko tra theo bang 10.1 TK MBA —Pham Van Binh,Lé Van Doanh
Thiết điện của trụ thuần sắt tương ứng :
S*+= k,S,= 0,95.379,9 = 361 cm?
20
Trang 22TÍNH TỐN NGẮN MẠCH
Ton hao cơ bản trong máy biến áp : +Tôn hao đông trong cuộn dây hạ áp :
Pyy = 2,46)” Giyy = 2,4.3,66°.79,84 = 2566,8 W
+Tổn hao đồng trong cuộn đây cao áp :
Py = 2,4)? Gy =2,4.3,47 117,34 = 3390 w
Tổn hao phụ trong máy biến áp: Tén hao phụ trong máy biến áp :
Pek Pou
Trong công thức trên :
+P; : Tôn hao phụ +Pc„: Tôn hao đông trong máy biên áp +k; : Hệ sô tôn hao phụ
k, =1+0,95./2.a`.n?
Trong đó :
ø:Hệ số dây dẫn ø -
+Tổn hao phụ trong day quan ha 4p :
k„y =l+ 0,95./,2.a,*.n” 2 2 bm 1,32.24 Be = (4) = ( 035] =0,27 Taco: I 57,78 Thay số ta có : kyy =140,95,8, an” = 1+ 0,095.0,27.0,414.6" = 1,026
+Tổn hao phy trong day quan cao áp :
kp, =140,95,82.4; 0? 2 Be -[») =( 25.24 9 95 = 0,040 1 57,78 Ta có Thay số ta có : kp =140,95.B,.4;'.n* =1+0,095.0,040.0,154.19" =1,006
Tén hao co bin trong day dan qui đổi: Chiều đài đây dẫn qui đổi :
21
Trang 23lạa=7,5.]=7,5.40,85=306,37 cm
Trọng lượng đồng trong dây quấn hạ áp qui đổi :
Quaz=l¿a2S2 z cụ L0 Š=306,37.166,17.8900.103= 4,53 kg
Tổn hao đồng trong dây quấn hạ áp trong chế độ định mức :
Pa;=2,4.]2ˆ.Quas=2,4.3,66°.4,53=145,6 W
Trọng lượng đồng trong dây quan cao áp qui đổi :
Quar=laat81- 7 cu-10°=306,37.7,29.8900.10°=0,2 kg
Tổn hao trong day quan cao áp :
Pyat=2,4.J17.Qaai=2,4.3,47°.0,2=5,78 W
Tén hao thùng dầu và các chỉ tiết khác qui đổi :
P=10.k.Sp=10.0,025.400=100 W
Tén hao ngắn mạch trong máy biến áp được thiết kế :
PnEPaaikiitPagsks+PaartPaazFP¿đ
=.1,006+2566,8.1,026+5,78+145,6+100 = =6066,1W
Sai số trong tính tốn cơng suất không tal so với yêu cầu đặt ra :
AU%= J6966,1~ 5780) 100 = 4,96% 5780
Ta thdy AU%=4,96%< 5% Thỏa mãn yêu cầu đặt ra
Tổn thất điện áp trong đây quần cao áp trong điều kiện tỏa nhiệt bình
thường: P?EP,-0,05(Paaikn)=5780 - 0,05(3390.1,006)=5609,48W Điện áp ngắn mạch tác dụng phần trăm : tu0x=P?x/(10.5p)=5609,48/(10.400)=1,40 % Điện áp ngắn mạch phản kháng phần trăm: _7,928', cba hy 9s 4, Ta có : ii — 7,92.133,33.1,74.4,25.0,946.1,028 ™ 10,4?
Điện áp ngắn mans cua máy, bien củ
=u, 1,47 +5, 65? =3,91 %
Sai số trong tính toán :
4-3,91 4
10° =3,65 %
Au, % = =2,25%
Ta thấy sai số nhỏ hơn 5% vì vậy chấp nhận được
Dịng ngắn mạch hiệu dụng của máy biến áp :
Tnca=In1.100/n=26,7.100/3,91=682,86 A
Dòng điện ngắn mạch đỉnh :
22
Trang 24Th max=1,41-Kinax-Inca=1,4 1.1,540.682,86=1482,77 A
Trong cơng thức trên thì :
“in ous
Kina =1+e “= =l+e *? =1,540
Lực điện động ¬ đại trong đây quấn của máy biến áp :
T„> =0,628(i,„„„) ,8.k„.105 =0,628(682,86.825)”.1,74.0,946.10°5 =328064 N
Ứng, suất trên cuộn nly cao áp :
` ggg -uipa
2Z.M„.s 2Z.825.7,29
Ứng suất cho phép của dây quấn cao áp ø,,=60 Mpa
Ta thấy ứng suất của dây quần cao áp thỏa mãn yêu cầu ứng suất cho phép
Luc do từ trường tản gây ra trong dây quân cao áp :
4,25
F =F, oe = 328064 5 =17066 N
Do day quấn không được quấn đồng đều nên xuất hiện lực điện động doc
trục thứ hai :
Trong công thức trên :
+”: Khoảng cách từ trụ đến thùng đầu
+m: Hệ số phụ thuộc vào cách bồ trí dây quấn ta có m = 4
Ta có : I°=(B-đ)/2 với B là chiều rộng của thùng dầu „ d là đường kính trụ
Sơ bộ lây I=25 cm Thay số ta có :
F', =F, fe =328064.— 27917 N
* Phụm 25.0,946.4
Lực điện động lớn nhất trong dây quấn của máy biến áp : + Lực điện động lớn nhất trong đây quần hạ áp :
Ea=F”tF”=17066+27917=44983N
+ Lực điện động lớn nhất trong dây quấn cao áp :
Fu=E”rF`=20845-9009=11836 N
Trong phân bé day quấn ta thấy lực điện động lớn nhất là ở giữa day quan
2
Trang 25CHƯƠNG III: TÍNH TỐN NHIET VA THUNG DAU
I TÍNH NHIỆT ĐỘ CHÊNH LỆCH QUA TỪNG PHÀN:
1) Nhiệt độ chênh trong lòng dây quấn hay lõi sắt với mặt ngoài Đối với dây quấn hạ áp:
Dây quấn làm bằng dây chữ nhật nhiệt độ chênh chủ yếu là hiệu số
nhiệt độ của các lớp cách điện, theo (6-1) ta có:
802 = nh 10+ (°c)
Vea
dea = 0,17 tra trong bang 50 với vật liệu cách điện là giấy tam dau
tua po = 840,6 (W/m’)
œ=
2
(qa được tính theo cơngthức 96-2) với M; là bề mặt làm lạnh của dây quấn
hạ áp).Vậy:
= — 0,25.107 = 1,236 (°c)
802
Đối với dây quấn cao áp:
Dây quấn làm bằng dây dẫn tròn ta coi đây quan như một khối có hai mặt tiếp xúc với dần và qua tính toán cho thấy nhiệt độ phân bố trong cuộn
dây có dạng parabol thì đối với chỗ nóng nhất là ở giữa dây quấn có nhiệt độ
6 Do đó nhiệt độ chênh trong lòng so với mặt ngoài đây quan được tính theo (6 - 3a) hình I Vậy: Pai 8.4, 801 = 8; - 82 = th 24
Trang 26ai là chiều đày của đây quan
ai = 5,5 (mm)
p; là tổn hao trong đơn vị thể tích đây quan
Đối với đây quan đồng được tính theo (6-4a)
Pcu = 168 le
với ồu = 0,17 (mm) là chiều dầy cách điện trong các lớp
A: tính bằng A/mm?
^: là suất dẫn nhiệt trung bình được tính theo (6-5)
- 4-4u(dì+ổn)
Ma YD ty di :
dx = 0,17 1a din suất điện giữa các lớp tra trong bảng 50:
ea = 0,17
2 - 1a sudt din nhiệt bình quân quy ước của dây quan tinh theo (6-6) ta có
A A= cd 07/2 vd Trong đó: œ = đua =0,1316 N= 0,671 c’) mm hawt = 0,17 (Ze ‘) mm 8, =1,28°C Oo = 2.9, =085°C w
2) Nhiệt độ chênh giữa mặt ngoài của dây quấn với dầu
25
Trang 27Hiệu số nhiệt độ này phụ thuộc vào năng lượng tốn hao của dây quan và thường được xác định theo công thức kinh nghiệm gần đúng
(6-10a)
80a = k.q?® Trong đó:
k=0,285
q — mật độ dòng nhiệt đây quấn (w/m?)
0,6 — chỉ số luỹ thừa kinh nghiệm
Hạ áp: Ooa2 = k.qo™* = 0,285.840,6° = 14,668 °C Cao ap: Boar = k.qi® = 19,4871°C Porky py, 3121 Voi q = Poke - Pi = 3121 _ 1639 67 #” M TM, 19116
e_ Nhiệt độ chênh trung bình của đây quấn đối với dầu:
~_ Hạ áp: Ưoswa = Ơos + Poa2=15,9°C - Cao Ap: Ooatoi = Soi + Ooa1 = 20,337°C I Tính tốn nhiệt thùng dầu:
1) Chọn loại thùng dầu:
Căn cứ vào dung lượng máy biến áp và bảng 54 ta chọn thùng dầu
ống, làm lạnh bang dau (S = 400 KVA)
2) Chọn các kích thớc tối thiểu bên trong của thùng
Căn cứ vào kích thước đã biết của lõi sắt, đây quấn dé chọn các
khoảng cách cách điện tối thiểu từ dây dẫn ra đến các bề mặt của dây quấn đến vách thùng và các bộ phận nói đất khác của máy biến áp
26
Trang 281) Chiều rộng tối thiểu của thùng:
Theo (6-14) ta có
B=D 1+ Sit Sot d+ Sst Set dy
2) Chiều dài tối thiếu của thùng:
A=2C+DÏÌ+2§;
Trong đó:
Si: Khoảng cách từ dây dẫn ra của đây quấn cao áp đến vách thùng dầu: S¡ =2,3(cm) Bảng 27
S;: Khoảng cách từ dây dẫn ra của đây quần cao áp đến các bộ phận nói đất như xà ép gông Š¿ = 2,5(cm) Bang 27
S;: Khoảng cách từ dây quấn hạ áp đến mặt dây quan cao dp S; = 2(cm) S4: Khoảng cách từ dây dẫn ra của đây quần hạ áp đến vách thùng
S4 = 2(cm)
Ss: Khoảng cách giữa day quan cao áp và vách thùng
Ss =S3 +d) + Sq Với dị =4,154(cm); d;ạ=5,2(cm) => S; = 8,154(cm) Vay: A =2.37,8593+36,9593+2.8,154=128,9859(cm) B=55,1133(cm)
3).Chiều cao của thùng:
H=H;+H;
Hị: là khoảng cách từ đáy thùng đến hết chiều cao lõi thép
Hị =Lr + 2hs+n
n: Chiều dày tắm lót gơng đới: n = 5(cm)
H;:Khoảng cách tối thiểu từ gông đến nắp thùng
H; = 30 (cm) tra bảng 5Š
27
Trang 29Thực tế thì : Hạ =2.H¡ = 2.30 = 60(cm)
Hệ số 1,5 là để đảm bảo bề mặt tản nhiệt của thùng
—> H¡= 82,5796(cm)
Vậy: H = 68,0818 + 60 = 128,0818(cm) Cuối cùng ta thấy:
-_ Chiều dài tối thiểu: A = 128,9859(cm) -_ Chiều rộng tối thiểu: B = 55,113(cm)
-_ Chiều cao của thùng: H = 142,9859(cm)
DUNG DE XÁC ĐỊNH CÁC KÍCH THƯỚC CỦA THỪNG
3 Tính tốn nhiệt thùng dầu
Thùng dầu đồng thời là vỏ máy của m.b.a trên đó có đặt các chỉ tiết máy rất quan trọng như sứ ra của các dây quấn CA và HA, ống phịng nỏ, vÌ vậy thùng dầu ngoài yêu cầu tản nhiệt tốt còn phải đảm bảo các tính năng về điện
28
Trang 30(như đảm bảo khoảng cách cho phép giữa dây quấn với vách thùng), có độ bền cơ
học đảm bảo, chế tạo đơn giản và có khả năng rút gọn được kích thước bên ngoài a, Chọn loại thùng dau
Thùng làm bằng thép Tùy theo dung lượng của m.b.a mà hình dáng và kết cấu thùng khác nhau Với công suất m.b.a S;=200KVA, ta chọn thùng có vách dạng cánh sóng, khơng có bình giãn dầu, thùng hồn tồn kín
Cánh sóng được chế tạo từ tôn tấm day 5=(0,8+1,0)mm han vào thành
thùng Loại thùng này đã được dùng cách đây khá lâu nhưng do nhược điểm là quá
nhiều mối hàn so với kiểu ống nên sau đó đã bị loại bỏ Tuy nhiên, hiện nay công nghệ hàn nhất là hàn tự động phát triển, nên nhược điểm trên đã được khắc phục Thùng có cấu tạo đơn giản, cánh sóng có thể được uốn tròn hoặc gấp hai mép bằng
kỹ thuật hàn tiếp xúc lăn Có thể dùng bình giãn dầu hoặc khơng Khi khơng có bình giãn dầu thì dầu có thể tự giãn nở tự do trong cánh sóng nhờ độ đàn hồi của cánh, thùng hồn tồn kín 12 A E 4Ì ý S1 | Dây dẫn ra CA a ak
Đ xác định các Hi poey car 53 Í Dây dẫn ra HA re
khoảng cách giữa m.b.a với thùng & Ss
8 S4
Day quan CA Day quan CA
Ta sử dụng thùng có đáy chữ nhật
- Chiều ngang thùng
B=D, +5,+5s, +d, +s,+5,+d, trong đó: dị- đường kính dây dẫn ra CA
d+ bê rộng dây dẫn ra HA
di=2.d =2.1,645=3,29(mm) d;=2.a =2.3,30=6,60(mm)
tra phụ lục XIV.6-TL1 khoảng cách dây dẫn ra đến vách thùng
U,, =5KV,d, > 0,6cm > s, = 2,2cm te =45KV,d, < 0,6em > s; =5,0cm
29
Trang 31tra phụ lục XIV.7-TL1 khoảng cách dây dẫn ra đến bối dây cơ bản U,; =5KV —> s; = 2,5cm i =45KV > s, = 5,0em —> B=250,73+(50+50+6,6)+(25+22+3,29)=407,62(mm) Lay B=41cm - Chiều dài thùng A=2C+Dj+2s; s;=s;+dy†s¿=2,5+0,66+2,2=5,36(cm) —> A=2.270+250,73+2.53,6=897,93(mm) Lấy A=90cm - Chiều cao thùng H=H,+Hạ H,=2.hs+lr+n=2.134+661+50=979(mm),
trong đó n=50mm- chiều dày tắm đệm gông dưới
Với U¡=22KV, tra bảng 13.13-TLI (trang 502) có H;=300mm
— H=979+300=1279(mm)
Lấy H=128cm
e, Sơ bộ tính diện tích mặt bức xạ và đối lưu của thùng
- Quan hệ kích thước của cánh sóng
= 2,5
a
e #
trong đó: a- bề rộng khe không khí
c- bê rộng khe dau
Chon c=10mm —> a=25mm
Chiều sâu lớn nhất của cánh sóng b=300mm, chọn b=200mm
Chiều cao cánh sóng H, thấp hơn chiều cao thùng H, cỡ 0,Im
— H,=H,-10=128-10=118(cm) - Bề mặt bức xạ của vách cánh song
Myxs=2.[(A+2.b)+(B+2.b)] Hy
=2,[(90+2.20)+(41+2.20)].118.107=4,9796(m")
30
Trang 32- Chiều dài một bước sóng
t=(atc+2.8).10°=(25+10+2.0,4).10°=0,0358(m)
trong do 6=0,4mm- chiéu dày tơn làm cánh sóng
- Chiều dài triển khai một bước sóng
L= [2(+ -)+( -3xz4]
= [2{2 Le 3) +(35.8—10)+ a3] = 431,508(mm)
- Số lượng cánh sóng
m= 2(A+B) _ 2.00441) _ 5 73,184(cánh)
Lấy m=70cánh
- Bề mặt đối lưu của vách thùng cánh sóng
Mại,=m.1,.k¿.H,=70.(431,508.10).0,6632.(118.102)
Mại,=23,63§m7
trong đó k,- hé sé tinh đến mức độ đối lưu khó khăn của khơng khí giữa
các cảnh sóng
k,=I—#ˆ =1—-Šˆ - 0/6632 Wi an? 2 _g
190 190 a 25
- Bề mặt bức xạ toàn phần của thùng cánh sóng Mi;=M¡,+M,†0,5.Ma
trong đó: M,, M,- bé mat phan vách trên của thùng khơng có cánh sóng và bề mặt nắp thùng
M-=0,1.t.m=0,1.0,0358.70=0,2506(m’) M,=[b,.I;]=[55.104].102=0,572(m?) Chiều rộng nắp b,=B+2.b,=41+2.7=55(cm) Chiều bài nắp I,=A+2.b,=90+2.7=104(em)
trong đó b,=7cm- chiều rộng vành nắp thùng
31
Trang 33— Mụ,=4,9796+0,2506+0,5.0,572=5,5162(m?)
- Bề mặt đối lưu toàn phần của thùng cánh sóng
MạEMạ¡ c+M,+0,5.M,=23,638+0,250620,5.0,572 MạE24,1746m?
5 Tính tốn cuối cùng độ chênh nhiệt của dây quấn và dầu m.b.a với môi trường
a, Độ chênh nhiệt của thùng dầu với khơng khí
4 -[ k(P, +P,) | -| 1,1,(493,296 + 3490,98) I
#1 2,8.M,, +2,5.M 2,8.5,5162 + 2,5.24,1746
9,/=25,66°C
trong đó k=(1,05+1,1) Lấy k=1,1 b, Độ chênh nhiệt của dầu với thùng
06 04, = ous HP
Ma
04, = “EỐố: 24,1746 =3,74(°C)
trong đó kị=1- làm mát bằng dâu tự nhiên
c, Độ chênh nhiệt của lớp dầu trên cùng so với khơng khí
9ax=(9a+0,v).o=(3,74+25,66).1,2=35,28(°C)
trong đó ơ=1,2- hệ số 'hỉ sự khác biệt giữa nhiệt độ trung bình và nhiệt
độ lớn nhất của dẫu
Ta có 0a¿<60°C —> Độ chênh nhiệt của dầu thõa mãn
d, Độ chênh nhiệt của dây quần với khơng khí Box=Boat Oak
- Day quan CA
8o1=Ocatb1 +04 4=20,33+35,28=55,61 (°C)
- Day quan HA
Qok2=Boan2+Og4=15,8+35,28= 51,08 (°C)
Nhu vay 911, 9042 đều nhỏ hơn độ chênh nhiệt cho Phép Ockcp=65°C
—> Thùng dầu đã thiết kế thõa mãn yêu cầu
32
Trang 34II XÁC ĐỊNH SƠ BỘ TRỌNG LƯỢNG RUỘT MÁY DẦU VÀ
THÙNG DÀU
Việc tính tốn chính xác trọng lượng ruột máy dầu và thùng dầu của m.b.a
chỉ có thể tiến hành sau khi đã hoàn thiện thiết kế đầy đủ các chỉ tiết Tuy nhiên
với những tính tốn ở trên ta có thể xác định sơ bộ được trọng lượng của máy
1 Trọng lượng ruột máy
G=1,2.(GagtGre), kg G=1,2.[(Gagi+ Gago)+Gre] = 637 kg 2 Trọng lượng thùng dầu P=PiptPratPes, kg - Trong lượng thùng phẳng Pạ=[2.A.H¿+2.B.HỊ.ô.ye - Trọng lượng nắp và đáy PaaE=ba.li.ðYpe+A.B.ð.Ypc - Trọng lượng cánh sóng Pos=70,[2(b-5 }tz Lỗ
trong đó 6=4mm- bé dày tôn làm thùng và cánh sóng
yr;=0,00785kg/cmỶ
P={2.A.H12.B.H+ buds +A.B+70,[2.(b-< yeas ]}-ðr
=(2.90.128+2.41.128+55.104+90.41+70.{2.(20-— yeas ]}.0,4.0,00785
P=14,38kg
3 Trọng lượng dầu
a, Thể tích dầu trong thùng
Vạ=V,-Vr
trong đó V, là thể tích bên trong của thùng dau V, là thể tích của ruột, có thể tính
V.=A.B.H=0,9.0,41.1,28=0,4723(m*)
G,_ 637 _
ân = seng = 016m)
33
Trang 35Với y, là tỷ trọng trung bình của ruột máy, đối với dây quấn bằng đồng ,=(6500+6000)kg/m”, chon y,=5500kg/m* > Vy=0,4723-0,116=0,3563(m°) b, Trọng lượng dầu trong đó Ga=1,05.[Va-yatGes]
Ges- trong lung dẫu trong cánh sóng
>u- Khối lượng riêng của dẫu m.b.a, lầy ya=900kg/m”
c7 G.E70{(b-2).eTt ¿Ha 0,01 2 —> Gu=1,05.[0,3563+0,1643].900=491,967(kg) z.0,012 8 =70.[(0,2-— ).0,01.1.18+ 118]./=0,1643 Ya 34