Thiết kế máy biến áp dầu 3 pha,chế độ làm việc liên tục ,đặt trong nhà hoặc ngoài trời

anh em nao muon lam do an may dien thi vao day nhe. do an may bien ap c ong suat 320kva ĐỒ ÁN MÔN HỌC MÁY ĐIỆN ĐỒ ÁN MÔN HỌC MÁY ĐIỆN NHIỆM VỤ THIẾT KẾ: THIẾT KẾ MÁY BIẾN ÁP DẦU 3 PHA,CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC LIÊN TỤC ,ĐẶT TRONG NHÀ HOẶC NGOÀI TRỜI,CÓ CÁC SỐ LIỆU BAN ĐẦU NHƯ SAU: Tổng dung lượng máy biến áp S= 320 kVA; Số pha m = 3; Tần số f = 50 Hz; Điện áp hạ áp: U2= 0,4 kV; Điện áp cao áp: U1 = 15 kV; So đồ nối dây Y/Y0¬-12. Máy biến áp chế tạo theo tiêu chuẩn gam mới, có các đặc tính: điện áp ngắn mạch un = 4,4%; tổn hao ngắn mạch pnơ = 5200 W; Tổn hao khụng tải p0 = 1200 W; dũng điện không tải i0 = 2,5. Làm lạnh bằng dầu biến áp. Thiết bih đặt ngaũi trời. thiết kế dõy dẫn bằng đồng, loại máy biến áp ba pha ba trụ cấu trúc phẳng. Chương II TÍNH TOÁN CÁC KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU I. XÁC ĐỊNH CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐIỆN CƠ BẢN 1. Dung lượng một pha Sf = = = 106,67 (kVA). Dung lượng trên mỗi trụ: S’ = = = 106,67 (kVA) . 2. Dũng điện dây định mức: - Phía cao áp: I1 = = = 12,32 (A) . - Phía hạ áp: I¬2 = = = 461,88 (A) 3. Dũng điện pha định mức: Vỡ dõy quấn nối Y/Y0 nờn: If1= I1= 12,32 (A) ; If2 =Iơ2 = 461,88 . 4. Điện áp pha định mức: - Phía cao áp: Uf1 = = = 8660 (V) - Phía hạ áp: Uf2= = = 231 (V) 5. Điện áp thử của các dây quấn: Để xác định khoảng cách cách điện giữa các dây quấn và giữa cỏc phần khỏc của mỏy biến ỏp thỡ ta phải biết được điện áp thử của chúng. Với dây quấn U1dm = 15kV và U2dm= 0,4 kV ta tra trong bảng 2 tài liệu hướng dẫn ta được: Với U1dm = 15kV ta có Uth1= 45 kV; Với U2dm = 0,4 kV ta có Uth2 = 5 kV. 6. Các thành phần điện áp ngắn mạch. Thành phần tác dụng của điện áp ngắn mạch: Unr = % = = 1,625 % Thành phần phản kháng của điện áp ngắn mạch: Unx = = = 4,09% II. Chọn số liệu xuất phát và tính toán các kích thước cơ bản Các kích thước cơ bản của máy biến áp 1. Chiều rộng quy đổi của rónh từ tản giữa dõy quấn cao ỏp và hạ ỏp: Với Uth1 = 45 kV, theo bảng 19 TLHD ta cú a12 = 20mm, = 4 mm. trong rónh a12 đặt ống cách điện dày = 4 mm. Theo bảng công thức (2-36) và bảng 12 TLHD ta chọn k = 0,53 = k. .10-2 = 0,53. .10-2 = 0,017 (m) aR = a12 + = 0,02 +0,017 = 0,037 (m). 2. Hệ số quy đổi từ trường tản là kr = 0,95 3. ta chọn tôn cán lạnh mó hiệu 3404 cú chiều dày 0,35 mm. Theo bảng 11 tài liệu hướng dẫn, ta chọn từ cảm trong trụ Bt = 1,62 T, hệ số kg = 1,025 Cách ghép trụ: theo bảng 6 TLHD, ta chọn cách ghép trụ bằng nêm và dây quấn. cách ép gông: ta chọn cách ép gông bằng xà ép, bu lông đặt phía ngoài gông. Chọn hệ số tăng cường gông kg = 1,025. Sử dụng lừi thộp cú bốn mối ghộp xiờn ở bốn gúc của lừi, cũn ba mối nối giữa dùng mối ghép thẳng lá tôn. Theo bảng 4 TLHD chọn số bậc thang trong trụ là 6 số bậc thang của gông lấy nhỏ hơn trụ một bậc tức là 5 bậc, hệ số chêm kín kc = 0,918. Tra trong bảng 10 TLHD chọn hệ số điền dầy rónh là kđ = 0,97. Hệ số lợi dụng lừi sắt kld = kc.kđ = 0,918.0,97 = 0,89. Từ cảm trong gông Bg = = =1,58 (T). Từ cảm ở khe hở không khí mối nối thẳng B’’k = Bt = 1,62 (T), từ cảm ở khe hở không khí ở mối nối xiên B’k = = = 1,146(T). Suất tổn hao sắt ở trụ và gông, theo bảng 45 và 50 TLHD với tôn chọn cú mó hiệu là 3404 ta tra được các số liệu sau: Với Bt = 1,62 T tra được pt = 1,353 (W/kg),qt = 1,958(VA/kg). Với Bg = 1,58T tra được pg= 1,251 (VA/kg), qg = 1,675(W/kg). Suất từ hoá ở khe không khí: Với B’’k = 1,62 (T) tra được q’’k = 25100 VA/m2 Với B’k = 1,146 (T) tra dược q’k = 22100 VA/m2 4. Các khoảng cách cách điện chính: Chọn theo Uth1 = 45 kV của cuộn sơ cấp ( cao áp ) và Uth2 = 5 kV của cuộn thứ cấp (hạ áp). Tra bảng 18 và 19 TLHD ta có các số liệu sau: - Trụ và dây quấn hạ áp a01 = 15 mm. - Dây quấn hạ áp và cao áp a12 = 20 mm. - Ống chách điện giữa cao áp và hạ áp = 4 mm. - Dây quấn cao áp và cao áp a22 = 18 mm. - Tấm chắn giữa các pha = 2 mm - Khoảng cách giữa dây quấn cao áp và gông l0 = l01 = l02 = 50 mm - Phần đầu thừa của ống cách điện lđ = 20 mm. 5. Các hằng số a, b tính toán có thể lấy gần đúng và được tr trong bảng13, 14 TLHD: a = 1,36; b = =0,40 6. Tra trong bảng 15 TLHD ta được hệ số tính toán tổn hao phụ trong dây quấn, ở trong dây dẫn ra vách thùng và ở vài chi tiết kim loại khác do dũng điện xoáy gây nên, k¬f = 0,95. 7. Quan hệ giữa đường kính trung bỡnh d12 và chiều cao l của trụ sắt. Trong thiết kế người ta dùng hệ số để chỉ quan hệ giữa chiều rộng và chiều cao của máy. = ; thay đổi từ 1,2 đến 3,6 Sự lựa chọn hệ số không những ảnh hưởng đến mối tương quan khối lượng vật liệu thép, dây đồng mà cũn ảnh hưởng đến các thông số kỹ thuật như: tổn hao không tải, tổn hao ngắn mạch… Về mặt kinh tế: Nếu máy biến áp có cùng công suất, điện áp, các số liệu xuất phát, và các tham số kỹ thuật thỡ khi nhỏ, mỏy biến ỏp “gầy” và cao, nếu lớn thỡ mỏy biến ỏp “ bộo” và thấp. với những trị số khỏc nhau thỡ tỷ lệ trọng lượng sắt và trọng lượng đồng trong máy biến áp cũng khá nhau. nhỏ trọng lượng sắt ít, lượng đồng nhiều, tăng lên thỡ lượng săt tăng lên, lượng đồng nhỏ lại. 8. Đường kính của lỏi thép: Theo công thức (2-37) TLHD d = A.x Trong đó x = A là hằng số A = 0,507. Với: S’ = 106,67 (kVA) aR = 0,037 (m) f = 50 Hz Ux = 4,09 % Bt = 1,62 (T) kr là hệ số quy đổi từ Rogovski, chọn kr = 0,95 kld là hệ số lợi dụng của lỏi sắt đó tớnh ở trờn: kơld = 0,9. Từ đó ta có A = 0,507. = 0,1545 (m) d = 0,1545.x 9. Trọng lượng tác dụng của lỏi thép 9.1 Trọng lượng thếp trong trụ: Gt = + A2.x2 (theo CT 2-42 TLHD ) Với A1 = 5,663.104.a .A3.k1d Trong đó d12 = a.d suy ra a = d12/d Với trị số hướng dẫn a = d12/d bằng 1,36 đối với dâu quấn đồng, theo bảng 13 TLHD A1 = 5,663.104.1,36.0,15453.0,89 = 252,79 (kg) A2 = 3,605.104 .A2.kld.l0 A2 = 3,605.104.0,15452.0,89.0,05 = 38,29 (kg) Vậy Gt = + 38,29.x2 9.2 Trọng lượng thép trong gông Gg = B1.x3 + B2.x2 theo CT 2-48 TLHD Với a = 1,36; kg = 1,025 Trị số hướng dẫn b = tra bảng 14 TLHD ta có b = 0,4, e = 0,41 với gông nhiều bậc. B1 = 2,4. 104.kg.k1d.A3.(a+b+e) = 2,4.104.1,02.0,9.0,15453.(1,36 + 0,40 + 0,41) = 176,3 (kg) B2 = 2,4.104.kg.k1dA¬¬2.(a12 + a22) Với a12 = 0,02 m a22 = 0,018 m B2 = 2,4.104.1,02.0,89.0,15452.(0,02 + 0,018) = 19,76 (kg) Vậy Gg =176,3 .x3 + 19,76 .x2 Như vậy trọng lượng của lỏi thép :G¬fe = Gt + Gg Gfe = + (A2 +B2).x2 + B1.x3 10. Trọng lượng kim loại làm dây quấn Gdq = theo CT (2-55) TLHD Với C1 = Kdq. , Kdqcu = 2,46.10-2 kf là hệ số tính tổn hao phụ trong dây quấn, ở trong đầu ra và các chi tiết kim loại khác do dũng điện xoáy gây nên. Theo bảng 15 TLHD tra dược kf = 0,95 C1 = 2,46.10-2 = 190,075 (kg) Gdq = 11. Xác định các hằng số trong biểu thức giá thành cực tiểu của vật liệu tác dụng: B = . = . = 0,22 C = = = 0,48 D = kdqfe.k = .1,84.1,06 = 1,4 Với kdqfe =1,84, tra bảng 16 TLHD k là hệ số hiệu chỉnh trọng lượng của dây quấn ( vỡ dõy quấn cú thêm sơn cách điện và các phần điều chỉnh điện áp ỏ cuộn cao áp) k=1,03.1,03 = 1,06 Ta có phương trỡnh : x5 + Bx4 - Cx - D = 0 x5 + 0,22x4 - 0,48x – 1,4 = 0 Dựng phương phần mềm MATLAB để giải phương trỡnh trờn ta được x = 1,1. Từ đó ta có Chọn = 1,464 thỡ giá thành của máy biến áp thiết kế là nhỏ nhát, nghĩa là phương án tối ưu về măt kinh tế. Nhưng ta cũn phải chọn một phương án không những tối ưu về mặt kinh tế mà cũn thoả món cỏc nhỉ tiờu kỹ thuật trong giới hạn sai số cho phộp. Từ x = 1,1 ta tớnh được các thông số ở trên như sau. - trọng lượng thép trong trụ: Gt = + 38,29.x2 = + 38,29.1,12 = 276,11(kg) - Trọng lượng thép trong gông: Gg =176,3.x3 + 19,76.x2 = 176,3.1,13 + 19,76.1,12 = 254,93 (kg). - Trọng lượng lỏi thép: G¬fe = Gt + Gg = 276,11+ 254,93 = 531,04(kg). - Trọng lượng dây quấn : Gdq = = = 157,1 (kg). 11. Kiểm tra sơ bộ điều kiện phát nóng: Theo công thức (2-71) TLHD ta có: xmax 4,5.106 = 4,5.106 =1,367 Với C1 = 190,08 kf = 0,93 Pn = 5200 (W) là tổn hao ngắn mạch Từ đó ta có x = 1,1 < xmax =1,367 như vậy điều kiện phát nóng được đảm bảo. 12. Trọng lượng một góc của lừi: G0 = 0,492.104.kg.k1d.A3.x3 = 16,47.x3 theo CT (2-66c) TLHD G0 = 0,492.104 .1,02.0,89.0,15453.1,13 = 21,92 (kg). 13. Tiết diện tỏc dụng của trụ Theo cụng thức (2-68) TLHD, ta cú Tt = 0,785.k1d.A2.x2 = 0,785.0,89.0,15452.x2 = 0,0167.1,12 = 0,0202 (m2) 14. Tổn hao không tải Theo công thức (5-23) TLHD ta có: P0 = kpf. pt.(Gt +Gg. ) + kpf.pg[Gg - (N + 2).G0 + ] Trong đó N là số lượng góc của mạch từ N = 4 đối với máy biến áp ba pha. kpf là hệ số tổn hao phụ, tra bảng 48 TLHD ta được kpf = 1,22 kpo = kn.k’po+ k’’po Với kn là hệ số biểu thị số lượng góc có dạng mái nối nghiêng, kn = 4. k’po, k’’po : Là hệ số gia tăng tổn hao góc nối ở các góc mạch của mạch từ. Tra bảng 46a TLHD ta có: k’po = 1,32 k’’po = 1,96 kpo = 4.1,32+1,96 = 7,24 pt = 1,353 (VA/kg) , pg = 1,251(W/kg),G0 = 24,86 (kg) đó tớnh ở trờn. Vậy P0= 1,22.1,353.(Gt +Go. ) + 1,22.1,251.[Gg - (4 + 2)Go + .Go ] = = 1,651Gt + 1,526Gg +2,344Gơ0 = 1,651.276,11+ 1,526.254,93 +2,344.21,92 = 901,593 (W) 15. Công suất từ hoá của may biến áp. Theo công thức (5-31) TLHD ta có Q0 = ki’f .ki’f’.qt(Gt + Go) + ki’f .ki’f’.qg (Gg + Go-(N+2)G0) + ki’f’. qk.nk.Tk Trong đó ki’f = kib.kic ; kib là hệ số kể đến ảnh hưởng của việc cắt gọt bavia ; chọn kib = 1 kic là hệ số kể đến ảnh hưởng đến việc cắt dập lá thép; chọn kic = 1,18 ki’f = kib.kic= 1.1,18 = 1,18 ki’f’ = kig.kie.kit = 1,07 qt = 1,958(VA/kg), qg= 1,675 (VA/kg) là suất từ hoá của trụ và gông. qkt = 25100 VA/m2, qkg = 22100 VA/m2 là những suất từ hoá ở những khe hở không khí( bảng 50 TLHD) kig là hệ số làm tăng công suất từ hóa ở gông: kig =1,00 kir kể đến ảnh hưởng do chiều rộng lá tôn ở các góc mạch từ , tra bảng 52b ta được kir =1,35 nk là số khe hở không khí trong lừi thộp. Tk = Tt/ là diện tích bề mặt khe hở không khí kio là hệ số gia tăng dũng điện không tải do công suất từ hoá tăng lên, kio¬ = 42,45 Q0 =1,18.1,07.1,958.(Gt + Go) + 1,18.1,07 . 1,675 [ Gg + .Go-(4+ 2).Go ] + 1,07 . 25100 . 4.Tt / + 1,07 . 22100 . 2 .Tt = = 2,473Gt +2,115Gg + 41G0 +123257,06.Tt = 2,473Gt +2,115Gg + 41G0 +123257,06.0,0167.x2 = = 2,473.276,11+2,115.254,93 +41.21,92 +2058,39.1,12 = 4905,026 (VAr) 16. Thành phần phản khỏng của dũng điện không tải. Theo công thức (2-62) TLHD I0 = = = 1,533 (%) 17.Mật độ dũng điện trong dây quấn: Theo công thức (2-70) TLHD = = = .106 A/mm2 K là hằng số phụ thuộc vào điện trở dây quân: K=2,4.10-12 đối với dây đồng 17. Khoảng cách giữa hai trụ: C = d12 + a12 + 2a2 +a22 Với 2a2 = 0,4.d =0,4.0,1545.x = 0,4.0,1545.1,1 = 0,068 18. Trọng lượng dây dẫn: Gdd = 1,03.1,03.Gdq = 1,06.Gdq 19. Giá thành vật liệu tác dụng: Theo công thức (2-59), ta có C = B1 x3 + (B2 + A2).x2 + + kd.fe.k. Với k = 1,03.1,03 = 1,06 Tra bảng 16 TLHD ta được kd.fe = 1,84 C = 176,3.x3 + (19,76 + 38,29).x2 + + 1,84.1,06. = 176,3.x3 + 58,05.x2 + + = 841 Từ các số liệu tính toán ở trên ta cho thay đổi từ 1,2 đến 3,6 ta được bảng sau: 20. Nhận xét: Dựa vào bảng biến thiên, với mức tổn hao không tải Po = 1200 W và dũng khụng tải io = 2,5% ta thấy cỏc phương án đó tớnh thỡ phương án có hệ số = 1,464 ứng với gí thành nhỏ nhất không kha thi vỡ với mỏy biến ỏp cú S= 320kVA thỡ biến thiờn từ 1,8 đến 2,4. Bởi vậy với sai số của C’td là 1% so với giá trị nho nhất ta có thể lấy = 1,6 Đường kính trụ sắt: d = A. = 0,1545. = 0,173(m), chọn đường kính tiêu chuẩn d = 0,17 - Tính lại trị số : = 1,65; x = 1,133; 2a2 = 0,07 (m) Với trị số =1,65 bảng trên ta tính được: Gt = 272,27( kg); Gg = 282,05 (kg) ; GFe = 554,27 (kg); Gdq = 147,97 (kg); Po = 935,781 (W) ; io = 1,628; Sai số của Po là .100 = 22 (%); - Đường kính trung bỡnh của rónh dẫn dầu sơ bộ: d12 = a.d = 1,36.0,17 = 0,2312 (m) - Chiều cao dây quấn sơ bộ: l = = = 0,44 (m) - Tiết diện hữu dụng của trụ sắt: Tt = kđ.Tb = 0,97.0,02085 = 0,02022 (m2) ; Với Tb = 0,02085m2 theo bảng 42 TLHD ứng với d = 0,17 m - Khoảng cách giữa hai trụ: C = d12 +a12 +2a2 +a22 = 0,2312 + 0,02+0,07 + 0,018 = 0,34 (m). - Mật độ dũng điện: = .106= .106 = 3,69.106(A/m2); - Giá thành : C’td = Gfe + kd.fe.Gdd = 842,88 - Sức điện động của một vũng dõy: Uv = 4,44.f,Bt.Tt = 4,44.50.1,62.0,02022= 7,27(V) CHƯƠNG III. TÍNH TOÁN KẾT CẤU DÂY QUẤN CỦA MÁY BIẾN ÁP I. Tính toán dây quấn thứ cấp (hạ áp). 1. Sức điện động của một vũng dõy: Uv = 4,44.f,Bt.Tt = 4,44.50.1,62.0,02022 = 7,27 (V) 2. Số vũng dõy một pha của dõy quấn hạ ỏp: W2 = = = 31,77= 32 (vũng) Ut2 là điện áp trên một trụ của dây quấn thứ cấp , Ut2 = 231 V trên cả ba trụ. Điện áp thực của mỗi vũng dõy Uv = = 7,22 (V) 3. Mật độ dũng điện trung bỡnh: tb = 0,746. kf. .104= 0,746.0,93. .104= 3,52 (MA/m2) 4. Tiết diện vũng dõy sơ bộ: T’2 = = = 131,22.10-6 (m2) =131,22 (mm2) Theo bảng 38 TLHD , với S = 320kV, I2 = 461,88 A, U2 = 231 V , T’2 =131,22mm2 , ta chọn dây quấn hạ áp kiểu hỡnh xoắn mạch đơn dây dẫn chữ nhật. 5. Chiều cao sơ bộ mỗi vũng dõy. hv2 = - hr2 Trong đó hr2 là kích thước hướng trục của rónh dẫn dầu giữa cỏc bỏnh dõy. Theo bảng 54a TLHD ta chọn hr2 = 5 mm. hv2 = - 0,005 = 0,00722 (m) = 7,22 mm. 6. Chọn dõy dẫn: Với hv2 = 7,22 mm và T’2 = 131,22 mm2 Tra bảng 22 TLHD ta chọn dõy đồng tiết diện chữ nhật mó hiệu Cọ cú:ò a = 4 mm b = 8 mm Tiết diện 35,1 mm2 Chọn 4 sợi chập song song trong 1 vũng . Quy cỏch dõy quấn như sau: Cọ - 4 ;31,1 7. Tiết diện mỗi vũng dõy: T2 = nv2.Td2 = 4.31,1 = 124,4 (mm2). 8. Chiều cao thực của mỗi vũng dõy: hv2 = b’= 8,5 mm 9. Mật độ dũng điện thực của dây quấn hạ áp: = = = 3,71 MA/m2. 10. Chiều cao thực của dây quấn hạ áp Ở đây ta chọn dây quấn hỡnh xoắn mạch đơn hoán 3 chỗ, có rónh dầu giữa tất cả cỏc bỏnh dõy. l2 = b’.10-3(W2 +4) +k.hr2 (W2 +3).10-3 =8,5 (32+4)10-3 + 0,9.5 (32+3)10-3 = 0,464 (m) Trong đó k là hệ số kể đến sự co ngót của tấm đệm sau khi ép chặt cuôn dây. Chọn k = 0,9 11. Bề dày dây quấn hạ áp a2 = 4.a’.10-3 = 4.4,5.10-3 = 18.10-3(m) = 0,018 m 12. Đường kính trong của dây quấn hạ áp: D2’ = d+2.a01 . 10-3 với a01 = 15mm, d = 0,17m; D’2 = 0,17+2.0,015 = 0,2 (m). 13. Đường kính ngoài của dây quấn hạ áp D’’2 = D’1 + 2.a2 = 0,2+2.0,018 = 0,236(m) 14. Bề mặt làm lạnh của dây quấn M2 = 2.t.k. (D2’ +a2)(a2 + b’10-3).W2 (m) Với k = 0,75 la hệ số kể đến sự che khuất bề mặt của dây quấn của que nêm và các chi tiết cách điện khác. M2 =2.3.0,75.3,14(0,2 + 0,018)(0,018 + .8,5.10-3).32 = 2,612 m2 15. Trọng lượng dây quấn thứ cấp (hạ áp) Gcu2 = 28.t .W2.T2.103 (kg = 28.3 .32.124,4.10-3 = 72,9 (kg) 16. Trọng lượng dây quấn thứ cấp kể cả cách điện Gdq2 = 1,06.Gcu2 =1,06.72,9 = 77,3 (kg) II. Tính toán dây quấn sơ cấp (cao áp): 1. Chọn sơ đồ điều chỉnh điện áp: Máy biến áp sau khi thiết kế có thể lắp đặt ở nơi gần nguồn hoặc xa nguồn vỡ thế điện áp đưa vào cuộn sơ cấp (cao áp) thay đổi một lượng U nào đó. Vỡ vậy để duy trỡ điện áp đầu ra ổn định trong một phạm vi nào đó ta phải chọn đầu phân áp cho phù hợp trước khi lắp đặt. Dũng điện làm việc qua các tiếp điểm: I1 = 12,32 A. Điện áp lớn nhất giữa các tiếp điểm của hai pha của bộ đổi nối: Ulv = 10%. = 10%. = 866 V Điện áp thử: Uth = 20%. = 1732 (V) Để có được những điện áp khác nhau bên cao áp cần phải nối như sau: 2. Số vũng dõy của dõy quấn sơ cấp (cao áp) ứng với điện áp định mức: W1 = W2¬ . = 32. = 1200 (vũng) 3. Số vũng dõy của một cấp điều chỉnh điện áp Wđc = 0,025 W1 = 0,025.1200 = 30 (vũng) 4. Số vũng dõy tương ứng ở các đầu phân nhánh: Ta chọn loại có 4 cấp điều chỉnh điện áp, ứng với mỗi cấp điều chỉnh là 2,5% điện áp định mức : - Cấp 15750 V – (X1Y1Z1) ứng với W =1200 + 2.30 = 1260(vũng) - Cấp 15375V – (X2Y2Z2) ứng với W =1200 + 30 = 1230 (vũng) - Cấp 15000V – (X3Y3Z3) ứng với W = 1200 (vũng) - Cấp 14625V – (X4Y4Z4) ứng với W = 1200 – 30 = 1170 (vũng) - Cấp 14250V – (X5Y5Z5) ứng với W = 1200 – 2.30 = 1140(vũng) 5. Mật độ dũng điện sơ bộ: = 2. – = 2.3,52 – 3,71 = 3,33(MA/m2) 6. Sơ bộ tính tiết diện vũng dõy: T’1 = = = 3,710-6(m2) = 3,7mm2 Với S = 320 kVA; I = 12,32 A; U = 15 kV; T’1 = 3,7 mm2. Ta chọn kết cẩu dõy quấn kiểu hỡnh ống nhiều lớp dõy trũn (theo bảng 38 TLHD). Theo bảng 20 TLHD ta chon dõy dẫn tiết diện trũn mó hiệu Á có kích thước như sau : Á - 1x ; 3,53 mm2 7. Tiết diện toàn phần của một vũng dõy. T1 = nv1. T’d1.10-6 = 1. 3,53 .10-6 = 3,53 .10-6 m2 = 3,53 mm2 8. Mật độ dũng điện thực: = = = 3,49 (A/mm2) 9. Số vũng dõy trờn một lớp: = = 176 (vũng) l1 = l2 = 0,464m ; d1’ là đường kính dây kể cả cách điện (d’1 = d1 + 0,5 (mm) ) 10. Số lớp của dây quấn: n12 = = = 7 (lớp), nên lấy trũn n12 với số nguyờn lớn hơn. 11. Điện áp làm việc giữa hai lớp kề nhau: U12 = 2. = 2.176.7,22 = 2541 (V); 12. Chiều dày cách điện giữa các lớp. Căn cứ vào U12, ta tra bảng 26 TLHD, ta chọn chiều dày cách điện giữa các lớp là 4x0,12mm 13. Tra bảng 18&19 tỡm được các kích thước sau: Chiều rộng rónh dẫn dầu a12 giữa dõy quấn ha ỏp và cao ápp; chiều dày ống cách điện giữa hai dây quấn ; khoảng cách cách điện giữa dây quấn cao áp a22; chiều dày ống giấy cách điện giữa hai pha ; khoảng cách từ dây quấn đến gông l02. 14. Phân phối số vũng dõy trong cỏc lớp, chia tổ lớp: Do số lớp của dõy quấn được láy trũn thành số nguyờn nờn số vũng dõy trong mỗi lớp cú thể khụng đúng bằng W12 đó tớnh ở trờn, do đó cần phải phân phối sao cho số vũng dõy giữa cỏc lớp gần xấp xỉ với số đó ( nên phân phối hầu hết các lớp đều có số vũng dõy là W12 cũn bao nhiêu phân phối cho một hai vài lớp ngoài cùng). Để tăng điều kiện làm nguội thường theo chiều dày của dây quấn thành hai tổ lớp. Giữa hai tổ có rónh dầu dọc trục a’22 . Tổ lớp trong làm nguội khú khăn hơn nên bố trí ít lớp hơn tổ lớp ngoài. Thường tổ lớp trong không quá 1/3 đến 2/5 tổng số lớp của dây quấn. Nếu kiểu dây quấn này dùng làm cuộn HA hay TA thỡ hai tổ lớp nờn bố trớ cú số lớp bằng nhau. Kớch thước rónh dầu dọc trục xem ở bảng 54a 15. Chiều dài dõy quấn CA: (m) Trong đó n, m, là số lớp của mỗi tổ hợp, n+m = n12 Trong các dây quấn điện áp 35 kV, thường ở đầu dây quấn - tức ở lớp trong cùng của cuộn cao áp người ta có bố trí màn chắn tĩnh điện bằng kim loại dày 0,5 mm nối điện với dây cao áp. màn chắn có cách điện hai phái bằng cách điện lớp nên lúc đó chiều dày dây quấn cao áp sẽ là: (m) Trong đó a’1 = n12= 4; ; tra ở bảng 26, thông thường , nên = 0,0095( m). Công thức trên chỉ dùng để tính kích thước hỡnh học cuộn dõy, cũn lỳc tớnh d.đ.đ tản cần tính a2 thỡ vẫn dựng cụng thức trờn và lỳc đó coi rónh dầu được tăng lên thành , a12 tra ở bảng 19. 16. Đường kính trong của dây quấn: D’1 = D’’2 + 2 = 0,236 + 2.0,02 = 0,276 (m) 17. Đường kính ngoài cỉa dây quấn cao áp: D’’¬1 = D’1 + 2 = 0,276 + 2.0,0095 = 0,295 (m) 18. Khoảng cách giữa hai trụ cạnh nhau: C = D’’1 + = 0,295 + 0,018 = 0,313 (m) 19. Bề mặt làm lạnh của dõy quấn: Quấn dõy quấn CA thành hai tổ lớp , giữa chỳng cú rónh dầu làm lạnh và ở lớp trong quấn lờn hỡnh trụ cú cỏch điện có que nêm. = 2.3.0,88.3,14.(0,276 + 0,295).0,464 = 4,41 (m2) Với t = 3; k = 1; l1 = 0,464 m . k = 0,88 là hệ số tính đến bề mặt làm lạnh bị các chi tiết che khuất. 20. trọng lượng của dây : Gcu1 = 28.t. W1.T1.103(kg) = 28.3. .1200.3,53.10-6.103 = 101,58 (kg). 21. Trọng lượng của dây quấn sơ cấp kể cả phần cách điện Gdq1 = 1,06.101,58 = 107,68(kg). 22. Trọng lượng của dây quấn sơ cấp và thứ cấp: Gcu = Gcu1 + Gcu2 = 101,58 + 72,9 = 174,48 (kg). Gdq =1,06.174,48 = 185 (kg). Chương III TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH MÁY BIẾN ÁP Tính toán ngắn mạch trong máy biến áp liên quan đến việc tính toán tổn hao ngắn mạch Pn, điện áp ngắn mạch Un, các lực cơ học trong dây quấn và sự phát nóng của dây khi ngăn mạch. Tổn hao ngắn mạch có thể chia ra các thành phần như sau: 1. Tổn hao chính tức là tổn hao đồng trong dây quấn sơ cấp và thứ cấp do dũng điện gây ra Pcu1, Pcu2 . 2. Tổn hao phụ trong hai cuộn dây do từ trông tản xuyên qua dây quấn làm cho dũng điện phân bố không đều trong tiết diện dây gây ra Pf1, Pf2 . 3. Tổn hao chinh trong hai dây dẫn ra Pr1, Pr2 4. Tổn hao phụ trong dây dẫn ra Prf1, Prf2 thường tổn hao này rất nhỏ, ta bỏ qua. 5. Tổn hao trong vách thùng dầu và các kết cấu kim loại khác Pt do từ thông tản gây nên. Thường tổn hao phụ được gộp vào trong tổn hao chính bằng cách thêm vào hệ số tổn hao phụ kf. Vậy tổn hao ngăn mạch sẽ được tính theo biểu thức: Pn = Pcu1.kf1 + Pcu2.kf2 + Pr1 + Pr2 + Pt I. Các loại tổn hao 1. Tổn hao chính: - Tổn hao chính trong dây quấn sơ cấp (hạ áp). Pcu2 = 2,4.10-12. .Gcu2 = 2,4.10-12.3,712 .1012.72,9= 2408,16(W) - Tổn hao trong dây quấn sơ câp ( hạ áp ) Pcu1 = 2,4.10-12. .Gcu1 = 2,4.10-12.3,49 2 .1012.101,58= 2970 (W) 2. Tổn hao phụ - Trong dõy quấn thứ cấp (hạ ỏp) kf2 = 1 + 0,095.108. .a4.n2 Với n = 4 là số thanh dẫn quấn thẳng gúc với từ thụng tản chớnh la số lớp dõy quấn = .kr Với kr là hệ số Ragovski , l là chiều cao của toàn bộ dõy quấn, m là số thanh dẫn của dõy quấn song song với từ thụng tản, m = 32 là số thanh dẫn của dõy quấn song song với từ thụng tản chớnh là số thanh dẫn trờn một lớp = .0,95 = 0,556 kơf2 = 1 + 0,095.108.0,5562.44.10-12.42 = 1,012 - Trong dây quấn sơ cấp (cao áp ): kf1 = 1 + 0,095.108. .a4(n2 - 0,2) , Với = = .0,95 = 0,764 kf1 = 1 + 0,095.108.0,7642.2,124(72-0,2).10-12 1,0055 3. tổn hao chính trong dây dẫn ra: 3.1 Tổn hao trong dây dẫn ra đối với dây quấn thứ cấp: - Chiều dài dây dẫn ra của dây quấn thứ cấp (hạ áp) : Khi dây quấn nối Y , ta có: lr2 = 7,5.l2 = 7,5.0,464 = 3,48 (m) - Trọng lượng dây dẫn ra: Gr2 = lr2.Tr2. (kg) Trong đó: Tr2 là tiết diện dây dẫn ra của cuộn thứ cấp (HA) có thể lấy bằng tiết diện diện vũng dõy thứ cấp: Tr2 = T2 = 124,4 mm2; = 8900kg/m3. Gr2 = 3,48.124,4.10-6.8900 = 3,85(kg) - Tổn hao trong dõy dẫn ra của dõy quấn thứ cấp (HA) Pr2 = 2,4.10-12. .Gr2 (W) = 2,4.10-12.3,712.1012.3,85 = 127,18(W) 3.2 Tổn hao trong dõy dẫn ra đối với dây quấn sơ cấp (Cao áp). lr1 =lr2 = 3,48(m) - Trọng lượng đồng của dây dẫn ra cuộn sơ cấp Gr1 = lr1.Tr1. (kg) Với Tr1 = T1 = 3,53mm2 nên Gr1 = 3,48.3,53.10-6.8900 =0,11 (kg) - Tổn hao trong dây dẫn ra đối với dây quấn sơ cấp Pr1 = 2,4.10-12. .Gr1 = 2,4.10-12.3,492.1012.0,11 = 3,2 (W) 4. Tổn hao trong vỏch thựng và cỏc chi tiết kim loại khỏc Pt : Theo cong thức (4-21) TLHD, ta tính một cách gần đúng như sau: Pt = 10.k.S, với k tra ở bảng 40a TLHD ta có k = 0,02 Pt = 10.0,2.320 = 64 (W). 5. Tổn hao ngắn mạch của máy biến áp là: Pn = Pcu1.kf1 + Pcu2.kf2 + Pr1 + Pr2 + Pt =2970 .1,0055 + 2408,16.1,012 + 3,2 + 127,18+64 = 5617,78(W). II . Điện áp ngắn mạch 1. Thành phần tác dụng của điện áp ngắn mạch. Unr = = = 1,756 (%) 2. Thành phần điện áp ngắn mạch phản kháng: Unx = Trong đó f = 50 Hz; S’ = 106,66; = = ; ar = a12 + = 0,02 + =0,03 ; kr = 0,95 ; Uv = 7,22 (V); Unx = .10-4 = 3,82 (%) Vậy điện áp ngắn mạch là: Un = = = 4,205 ( %) Sai lệch so với tiêu chuẩn: .100 = .100 = 4,4 % < 5 % thoả món điều kiện cho phép. III. Tính các lực cơ học chủ yếu của dây quấn. 1. Trị hiệu dụng của dũng ngắn mạch xỏc lập: In = Trong đó Iđm là dũng điện định mức của dây quấn (A) Sđm là dung lượng định mức của máy biến áp (kVA) Un là điện áp ngắn mạch (%) Sn là công suất ngắn mạch của mạng điện cùn cấp (kVA), theo bảng 40b TLHD tra được: Sn = 2500.103(kVA) - Đối với dây quấn sơ cấp (cao áp) In1 = = 292,11(A) - Đối với dây quấn thứ cấp ( hạ áp ) In2 = = 10950,7(A) Trị số dũng cực đại: i1max = .In1.(1 + e ) = .292,11.(1 + e ) = 510,64(A) i2max = .In2.(1 + e ) = .10950,7.(1 + e ) = 19143,02(A) 2. Lực cơ học tác dụng lên dây quấn: Lực này do tác dụng của dũng điện trong dây quấn với từ thông tản. Khi ngắn mạch, lực co học tác dụng lên dây quấn không đều nhau. Mặt khác giữa các vũng dõy cũn cú cỏch điện, có đệm lót… Và do đó tính đàn hồi của các chi tiết đó có ảnh hưởng đến lực tác dụng lên dây quấn nên thực tế lực tác dụng đó lại nhỏ hơn lực co học đó tớnh toỏn. 2.1 Lực hướng kính ( lực ngang trục ) Fr do từ thông tản dọc B tác dụng với dũng điện gây nên. Theo công thức (4-34) TLHD ta có: Fr = 0,628.(imax.W)2. .kr.10-6(N) Trong đo W là số vũng dõy toàn phần của một dõy quấn với cuộn cao ỏp thỡ số vũng dõy W ứng với điện áp dịnh mức. - Lực hướng kính với cuộn dây thứ cấp (HA): Fr2 = 0,628(i1max.W2)2. .kr.10-6 (N) Với: i2max = 19143,02(A) W2 = 32 , kr = 0,95 , = 1,61 Fr2 = 0,628(19143,02.32)2.1,61.0,95.10-6 = 360,44.103 (N) - Lực hướng kính với cuộn dây sơ cấp ( CA) :Fr1 = 0,628(i1max.W1)2. .kr.10-6 (N) Với: i1max = 510,64(A) W2 = 1200 , kr = 0,95 , = 1,61 Fr1 = 0,628(510,64.1200)2.1,61.0,95.10-6 = 360,663.103 (N) 2.2 Lực dọc trục Lực dọc trục do từ thụng tản ngang trục tỏc dụng với dũng điện trong dây quấn sinh ra. Từ thông tản ngang trục B’ phụ thuộc vào chiều cao l và chiều rộng của dây quấn. Theo công thức (4-36) TLHD ta có: F’t = Fr (N) - Đối với dây quấn thứ cấp ( HA): F’2t = Fr2. = 360,44.103 = 11652,15 (N) - Đối với dây quấn sơ cấp (CA) : F’1t = Fr1. = 360,663.103 = 11659,36 (N) [...]... CÙNG NHIỆT ĐỘ CHÊNH CỦA DÂY QUẤN VÀ DẦU MÁY BIÊN ÁP 1 Nhiệt độ chênh của thùng với khơng khí: k = 1,05 Với m.b.a đơn chiếc 2 Nhiệt độ chênh của dầu sát vách thùng so với thùng: là tổng bề mặt đối lưu của vách thùng phẳng, ống, nắp k1 =1 khi làm nguội bằng dầu tụ nhiên 3 Nhiệt độ chênh của dầu so với khơng khí: 4 Nhiệt độ chênh của lớp dầu trên so với khơng khí: < 50 (0C) đạt tiêu chẩn 5 Nhiệt độ chênh... m c) Chiều dài thùng dầu: A = 2C + B = 2 0 ,31 + 0,48 = 1,1 (m) d) Chiều cao thùng dầu H = H1 + H2 H1 là chiều cao từ đáy thùng đến lừi sắt H1 = lt + 2hg+ n.10 -3 ; n = 40 mm là chiều dày tấm lút dưới gơng dưới H1 = 0,564 + 2.0,17 + 30 .10 -3 = 0, 934 (m) H2 là khoảng cách tối thiểu từ gơng trên đến nắp thùng , tra bangr 58 TLHD ta được H2 = 30 0(mm) =0 ,3 m H = 0, 934 + 0 ,3 = 1,2 43 (m) 3 Tính diện tích bề... của máy biến áp: Mạch từ của máy biến áp ta đang thiết kế gồm những lá thép cán lạnh đẳng hướng 34 04, bề dày lá thép là 0 ,35 mm Kết cấu lừi thộp kiểu ba pha ba tru, cỏc lỏ thộp ghộp xen kờ, cú 4 mối ghộp xiờn ở 4 gúc ẫp trụ bằng nờm và dõy quấn ẫp gụng bằng xa ộp gụng, bu lụng đặt phía ngồi 1.1 Trụ: Với trụ có đường kính d = 0,17m, cơng suất định mức Sdm =32 0 kVA Tra bảng 4 TLHD ta chọn số bậc thang trong. .. LƯỢNG RUỘT MÁY,VỎ MÁY, DẦU VÀ BèNH DÃN DẦU + Trọng lượng ruột máy phần tác dụng: Gr = 1,2.(Gdq + Gl) = 1,2(174,48 + 3, 85 +0,11+ 514 ,32 ) = 831 ,31 2 (kg) Gdq là tồn bộ trọng lượng dây quấn và dây dẫn ra Gl là trọng lượng của lừi sắt 1,2 là hệ số kể đên trọng lượng ruột máy được tăng thêm do cách điện và các kết cấu khác + Trọng lượng của thùng: Gth = V +Gb.tn V là thể tích vỏ máy; = 7850 (kg/m3) Gb.tn... ( =4 mm là bề dày tơn làm thùng) Gth = (3, 415 + 0 ,32 7/0,5).0,004.7850 + 246,85 = 35 0, 73 + Trọng lượng dầu: Thể tích dầu trong thùng : Vd = Vt – Vr Vt là thể tớch bờn trong của thựng dầu phẳng Vr ơlà thể tớch ruột mỏy Vt = Mn.H Mn = = (m2 ) là diện tớch nắp thựng Vt = 0,654.1,2 43 = 0,8129 (m3) Vr = Vr là thể tichd ruột mỏy là tỉ trọng trung bỡnh của ruột mỏy Trọng lượng thùng dầu: Gd = 1,05[0,9(Vt –... + 0,15 = 3, 564 (m2) Trong đó: Mơ.đl = 2, 733 (m2) là bề mạt đối lưu của ống, tra bảng 63 TLHD kh.đl = 1,26 là hệ số hỡnh dỏng của bộ tản nhiệt, tra bảng 56 TLHD, Mg = 0,15 là bề mặt đối lưu của hai ống góp khi là một dóy ống., theo bảng 63 TLHD - Số bộ tản nhiệt cần thiết: nb = /Mơb.đl = 18,901 / 3, 594 = 6 bộ - Bề mặt đối lưu thực của thùng: Mđl = + Mơv + Mn.đl = 6 3, 594 + 3, 415 + 0 ,32 7 = 25 ,30 6 (m2)... 2 Nhiệt độ chênh giữa mặt ngồi dây quấn đối với dầu - Dây quấn hạ áp: Theo CT ( 6-10b) ta có: ( 0C ) k1 = 1,0 là hệ số kể đến tốc độ chuyển động của dầu trong dây k2 = 1,1 đối với dây quấn trong (HA) k3 là hệ số kể đến sự đối lưu kho khăn của dầu do bề rộng ( hay cao) tương đối của rónh dầu ngang gõy nờn Với hr2 = 5 mm, a2 = 18mm là chiều dày dõy quấn tra bảng 55 với hr2/a2 = 0,27 ta được: k3 = 0,8... quấn hạ áp đến vách thùng theo bảng 31 ta được s4 = 12mm s3 = 50 mm là khoảng cách từ dây dẫn ra của dây quấn hạ áp có Uth = 5 kV đến dây quấn cao áp có U¬th = 45 kV (theo bang 32 ) d2 = 10 mm là kích thước dây dẫn ra khơng bọc cách điện (thanh dẫn trần của dây quấn hạ áp) b) Chiều rộng tối thiểu của thùng B = D’’2 + ( s1 + s2 + d1 + s3 + s4 + d2).10 -3 = 0,295 + ( 32 + 32 + 25 + 50 + 12 + 25 ).1 03 = 0,469... khơng tải: ior = = = 0 ,3 % Dũng điện khơng tải tồn phần; i0 = = = 1,7 83 % 4 Hiệu suất của máy biến áp khi tải định mức: = (1- ) 100 = (1- ) 100 = 98 % Chương IV TÍNH TỐN NHIỆT CỦA MÁY BIẾN ÁP I TÍNH TỐN NHIỆT CỦA DÂY QUẤN 1 Nhiệt độ chênh trong lũng dõy quấn hay lừi sắt với mặt ngồi của nú: Theo cụng thức (6-1 ) ta cú: Trong đó là chiều dày cách điện một phía của dây dẫn = = 0,25.10 -3 m là suất dẫn nhiệt... với sơn - Đối với dây quấn hạ áp: ; Vỡ dõy quấn hạ ỏp quấn hỡnh xoắn đơn dây dẫn chữ nhật q2 = Pcu2 là tổn hao đồng trên dây quấn hạ áp, Pcu2 = 2205,73W M2 là bề mặt làm lạnh của dây quấn hạ áp, M2 = 2,61 m2 kf là hệ số tổn hao phụ ứng với dây quấn hạ áp, kf = 1,01 23 q2 = (W/m2) = 1 ,36 ( 0C) - Đối với dây quấn cao áp: Vỡ dõy quấn cao ỏp làm bằng dõy dẫn trũn nờn theo CT ( 6-3a ) : a là chiều dày dõy quấn . bien ap c ong suat 32 0kva ĐỒ ÁN MÔN HỌC MÁY ĐIỆN ĐỒ ÁN MÔN HỌC MÁY ĐIỆN NHIỆM VỤ THIẾT KẾ: THIẾT KẾ MÁY BIẾN ÁP DẦU 3 PHA,CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC LIÊN TỤC ,ĐẶT TRONG NHÀ HOẶC NGOÀI TRỜI,CÓ CÁC SỐ LIỆU. NHƯ SAU: Tổng dung lượng máy biến áp S= 32 0 kVA; Số pha m = 3; Tần số f = 50 Hz; Điện áp hạ áp: U2= 0,4 kV; Điện áp cao áp: U1 = 15 kV; So đồ nối dây Y/Y0¬-12. Máy biến áp chế tạo theo tiêu chuẩn. quấn hạ áp Ở đây ta chọn dây quấn hỡnh xoắn mạch đơn hoán 3 chỗ, có rónh dầu giữa tất cả cỏc bỏnh dõy. l2 = b’.10 -3( W2 +4) +k.hr2 (W2 +3) .10 -3 =8,5 (32 +4)10 -3 + 0,9.5 (32 +3) 10 -3 = 0,464 (m) Trong