Thiết kế MBA điện lực 400kVA 22/0.4kV Y/yo-12

Thiết kế MBA điện lực 400kVA 22/0.4kV Y/yo-12

MỤC LỤC

PHẦN I: TÍNH TOÁN CÁC KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU

I)Xác định các đại lượng cơ bản

II)Chọn các số liệu và tính các kích thước chủ yếu

PHẦN II): TÍNH TOÁN DÂY QUẤN

I)Tính toán dây quấn hạ áp

II)Tính toán dây quấn cao áp

PHẦN III): TÍNH TOÁN CÁC THAM SỐ NGẮN MẠCH

I)Tổn hao ngắn mạch

II)Điện áp ngắn mạch

III)Tính toán lực cơ học khi ngắn mạch

PHẦN IV): TÍNH TOÁN CUỐI CÙNG VỀ HỆ THỐNG MẠCH TỪ

PHẦN V): TÍNH TỔN HAO VÀ DÒNG ĐIỆN KHÔNG TẢI

PHẦN VI): TÍNH TOÁN NHIỆT

I)Tính toán nhiệt của dây quấn

II)Tính toán nhiệt của thùng

III)Tính toán cuối cùng nhiệt chênh của dây quấn và dầu :

IV)Trọng lượng ruột máy,dầu và bình giãn dầu:

KẾT LUẬN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

LỜI NÓI ĐẦU

Mba điện lực là một bộ phận rất quan trọng trong hệ thống điện Việc tải điệnnăng đi xa từ nhà máy điện đến hộ tiêu thụ trong các hệ thống điện cần phải có rấtnhiều lấn tăng giảm điện áp Do đó tổng công suất đặt của các Mba lớn hơn nhiều lần

so với công suất máy phát Tuy 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 vấn đề đặt ratrong thiết kế Mba vẫn là giảm tổn hao nhất là tổn hao không tải trong Mba

Vấn đề phát triển của ngành chế tạo Mba điện lực hiện nay là tăng được giới hạn

về công suất, về điện áp, ngoài ra còn mở rộng thang công suất của Mba thành nhiềudãy để đáp ứng một cách rộng rãi với nhu cầu sử dụng và vận hành Mba Để làm đượcđiều đó trong thiết kế, chế tạo Mba ta phải không ngừng cải tiến, tìm ra những vật liệumới tốt hơn, thay đổi kết cấu mạch từ hợp lý, tăng trình độ công nghệ

Vì vậy, nhiệm vụ thiết kế các loại máy biến áp điện lực là hết sức cần thiết.Ngày nay, các máy biến áp điện lực của nước ta cũng như của nhiều nước trên thế giới

đã được chế tạo theo những tiêu chuẩn thích hợp hơn, có những thông số kỹ thật caohơn trước đây rất nhiều

Qua đồ án môn học này đã giúp em hiểu và làm quen với công việc thiết kế Mbanói riêng và máy điện nói chung Mặc dù đã rất cố gắng trong quá trình thiết kế nhưngchắc chắn không tránh khỏi những sai sót, em mong các thầy, cô cùng các bạn đónggóp những ý kiến xây dựng

Em xin chân thành cảm ơn!

I) Các đại lượng điện cơ bản của MBA

1 Công suất mỗi pha của mba:

-Phía CA: đấu Y I f 2=I2=10 49 (A)

-Phía HA: đấu Y If1=I1= 577.36 (A)

Theo bảng 4 với các tấm lá tôn có ép chọn số bậc là 7

Vật liệu lõi sắt: dùng tôn silic mã hiệu 3404 có chiều dày : 0,35 mm-Bảng 8 Để ép trụ

ta dùng nêm gỗ suốt giữa ống giấy Bakêlit với trụ hay với cuộn dây hạ áp <H.2>

Để ép gông ta dùng xà ép với bu lông xiết ra ngoài gông

Xà ép gông trên và dưới được liên kết với nhau bằng những bulông thẳng đứng chạy dọccửa sổ lõi sắt giữa hai cuộn dây giữa xà ép với gông phải lót đệm cacton cách điện để hệthống xà sắt không tạo thành mạch từ kín

2 Chọn tôn silic và cường độ từ cảm trong trụ

Chọn tôn silic cán lạnh mã hiệu 3404 có chiều dày 0,35mm

- Hệ số quy đổi từ trường tản: kR=0,95

- Từ cảm khe hở không khí giữa trụ và gông:

- Suất từ hoá khe hở không khí: Nối thẳng p''k=28600 VA/mm2

Nối chéo p'k = 3900 VA/mm2

4 Chọn cách điện : ( Bảng 18,19)

- Cách điện giữa trụ và dây quấn HA: a01= 5 (mm)

- Cách điện giữa dây quấn HA và CA: a12=10 (mm)

- Cách điện giữa dây quấn CA và CA: a22=10 (mm)

- Cách điện giữa dây quấn CA đến gông: l02=30(mm)

- Bề dầy ống cách điện CA và HA : 12=3 (mm)

5.a Chiều rộng quy đổi từ trường tản:

- Chiều cao dây quấn: l

- Đường kính trung bình giữa hai dây quấn: d12

1.Tính hệ số kích thước cơ bản :

Hệ số  biểu diễn quan hệ giữa đường kính trung bình d12 với chiều cao dây quấn l

β=

π d12l

Để chi phí chế tạo MBA là nhỏ nhất, mặt khác vẫn đảm bảo các chỉ tiêu kỹ thuật ta cầnphải tìm được giá trị  tối ưu

Công suất trên một trụ: S’=U.I

Thành phần phản kháng của điện áp ngắn mạch:

U x=7,9.f I w π.d12.a R .k r

−4 ( %)

U x=

7,9 f I w β.a R .k r

−4 ( %)

Trong đó :

f =50Hz tần số lưới điện

.kr=0,95 hệ số Rogovski

.aR=0,03 m chiều rộng quy đổi từ trường tản

.uv=4,44.f.BT.TT Điện áp trên một vòng dây

Thay vào công thức ta được:

+ kio hệ số gia tăng dòng không tải, tra bảng 53, với tôn cán lạnh 3404, dày 0,35 mm, mật

độ từ thông trong gông Bg = 1.64 T, mạch từ 3 pha 3 trụ ta được kio=27,95

+ kig là hệ số kể đến ảnh hưởng của góc nối do sự phối hợp khác nhau về số lượng mối nốinghiêng và thẳng, kig=27,95

+ kir là hệ số kể đến ảnh hưởng do chiều rộng lá tôn ở các góc mạch từ, tra bảng 52b với Bg

+ k f'' : hệ số kể đến sự phục hồi từ tính không hoàn toàn khi ủ lại lá tôn lấy k''f=1,2

+Qc : công suất tổn hao chung của trụ và gông:

+ q δ : suất từ hoá khe hở: bảng 50

Tiết diện tác dụng của của trụ: Tt = 0,785 k ld A3X2=0 ,002 X2

Trong tính toán sơ bộ có thể coi gần đúng dòng điện không tải i0=i0x

3 Mật độ dòng điện trong dây quấn:

β

1,21,41,61,81,88

X =4√ β

1.0470 1.0880 1.125 1.158 1.171

X2=√2 β2

1.0960 1.1840 1.2660 1.3410 1.3710

X3=√4 β3

1.1480 1.2880 1.424 1.553 1.606

A1/X=285 , 6/ X

275.36 264.98 256.27 248.96 246.20

A2 X2=25 , 01 X2

27.499 29.707 31.764 33.646 34.398

B1 X3=198 , 89 X3

231.529 259.764

287.192 313.209 323.898

B2 X2=11 ,26 X2

12.505 13.509 14.445 15.301 15.643

G T=A1/X + A2 X2

302.857 294.689 288.031 282.610 280.598

G G=B1 X3+B2 X2

244.034 273.273 301.637 328.510 339.541

G Fe=G T+G G

546.891 567.962 589.668 611.120 620.139

G0=18 , 62 X3

21.38 23.98 26.51 28.92 29.90

G dq=C1/X2

402.482 372.568 348.436 328.949 321.751

G dd= 1,03.1,03.G dq

426.993 395.257 369.656 348.982 341.346

k dqFe G dd

1007.703 932.807 872.388 823.598 805.577

C td ' =G Fe+k dqFe k G dq

1554.594 1500.769 1462.056 1434.718 1425.716

1,661.G T

503.046 489.478 478.419 469.415 466.073

2,406.G G

587.146 657.495 725.739 790.395 816.936

4 ,633.G o

99.034 111.111 122.843 133.972 138.544

P o

1189.225 1258.084 1327.001 1393.782 1421.553

T T=0 ,003 X2

0.0033 0.0036 0.0038 0.0040 0.0041

3,287.G T

995.5 968.6 946.8 928.9 922.3

2,734.G G

667.19 747.13 824.68 898.15 928.31

78,067.G o

1668.74 1872.25 2069.94 2257.45 2334.49

3456,7 X2

3887.1832 4199.2928 4490.1222 4756.1247 4862.5257

Q o

7218.61 7787.31 8331.49 8840.66 9047.65

i 0 x=Q o/(10 S)

1.146 1.236 1.322 1.403 1.436

Δ=106.√0,91.7600/2,4G dq

2.676 2.781 2.876 2.960 2.993

d= A X =0,1612 X

0.169 0.175 0.181 0.187 0.189

d12=a d=1 ,36.d

0.230 0.239 0.247

0.254 0.257

l=π d12/β

0.601 0.515 0.450 0.400 0.383

C=d12+a12+2.a2+a22

0.385 0.394 0.402 0.409 0.412

PHẦN II TÍNH TOÁN DÂY QUẤN.

I) Tính dây quấn HA.

1.Số vòng dây một pha của dây quấn HA:

Bt =

U v

4,44 f T t =

8,24 4,44 50.0,022 = 1,68 (T)

2 Mật độ dòng điện trung bình.

Sơ bộ tính theo công thức: tb = 0,746.kg

P n .U v

Sd 12 104 ( A/m2)

tb = 0,746 0,93

4500.8,24 400.0,264 104 = 2,43 106 ( A/m2)

3 Tiết diện vòng dây sơ bộ:

Với S = 400 KVA ; It = 909,3 (A) ; U1 = 0,4 ( KV)

T 1

'

= 374 (mm2)

Chọn kết cấu dây quấn hình xoắn mạch đơn dây dẫn bẹt ( H.5) Với ưu điểm là độ bền

cơ cao, cách điện bảo đảm, làm lạnh tốt

- Chọn số sợi chập song song là : nv1 = 6

- Tiết diện sợi dây: 52,1(mm2)

- Kích thước dây dẫn: b.6

5,0.10,6 5,5.11,0 52,1

6 Tiết diện mỗi vòng dây:

8 Chiều cao dây quấn:

Dây dẫn hình xoắn mạch đơn hoán vị ba chỗ, giữa các bánh dây đều có rãnh dầu

l1 = b’ 10-3 (W1 + 4 ) + k hr1 ( W1 + 3 ) 10-3

l1 = 11 10-3 ( 28 + 4 ) + 0,95 5 ( 28 + 3 ) 10-3 = 0,5 (m)

hv hr hv b’

a'

Trong đó:

+ b’ = 11(mm)

+ W1 = 28 (vòng)

+ hhr = 5 (mm)

+ k = 0,95: hệ số kể đến sự co ngót của tấm đệm sau khi ép chặt cuộn dây

9 Bề dầy của dây quấn:

10 Đường kính trong của dây quấn HA:

1.Chọn sơ đồ điều khiển điện áp:

Đoạn dây điều chỉnh nằm ở lớp ngoài cùng, mỗi nấc điều chỉnh được bố trí thành hai nhóm trên dưới dây quấn nối tiếp với nhau và phân bố đều trên toàn chiều cao dây quấn (H.7 ) Chú ý rằng hai nhóm của đoạn dây điều chỉnh phải quấn cùng chiều với dây quấnchính

4 Số vòng dây tương ứng ở các đầu phân áp:

= 5,4.10-6m2 = 5,4 (mm2)

7 Chọn kiểu dây quấn:

Theo bảng 38: Với S = 400 (kVA) ; It2 = 10,49(A) ; U2 = 0,4(kV)

9 Tiết diện toàn phần của mỗi vòng dây:

T2 = nv2.Td2.10-6 = 1.12,55.10-6= 12,55.10-6 (m2)

10 Mật độ dòng điện thực:

12 Số lớp của dây quấn:

+ Chiều dày một lớp giấy cáp: 0,12(mm)

Chiều dày cách điện giữa các lớp: 12 = 3 0,12 = 0,36mm

15 Phân phối số vòng dây trong các lớp, chia tổ lớp:

+ Do số lớp của dây quấn được làm tròn n12 = 7 (lớp) nên số vòng dây trong mỗi lớp

Kích thước rãnh dầy: Bảng 54 : a’22 = 5(mm)

16 Chiều dày dây quấn CA:

Đây chỉ là kích thước hình học cuộn dây, còn khi tính sđđ tản thì lấy giá trị

a2 = 37,6 10-3(m) và lúc đó coi rãnh dầu được tăng lên:

a 12

'

= ( a12 + c + 21) 10-3 = ( 10+ 0,5 + 2 0,36) 10-3 = 11,22 10-3(m)

17 Đường kính trong của dây quấn CA :

D '2

=D } rSub { size 8{1} } } +2 a rSub { size 8{12} } 10 rSup { size 8{ - 3} } =0,266+2 10 10 rSup { size 8{ - 3} } =0,286 \( m \) } {¿ ¿

¿

18 Đường kính ngoài của dây quấn CA :

D } rSub { size 8{2} } } =D rSup { size 8{'} rSub { size 8{2} } } +2 a rSub { size 8{2} } =0,286+2 37,6 10 rSup { size 8{ - 3} } =0,36 \( m \) } {¿¿

¿

19 Khoảng cách giữa hai trụ cạnh nhau:

C=D } rSub { size 8{2} } } +a rSub { size 8{22} } 10 rSup { size 8{ - 3} } =0,36+10 10 rSup { size 8{ - 3} } =0,37 \( m \) } {¿¿¿

20 Bề mặt làm lạnh của dây quấn :

M2=1,5.t k π ( D'2 +D } rSub { size 8{2} } } \) l rSub { size 8{2} } =1,5 3 0, 88 π \( 0 286+0,36 \) 0,43=3,61 \( m rSup { size 8{2} } \) } {¿ ¿

¿

Trong đó k= 0,88: hệ số tính đến bề mặt làm lạnh bị các chi tiết cách điện che khuất

21.Trọng lượng đồng của dây quấn CA:

GCu2=28.t.D'2+ D} rSub { size 8{2} } } } over {2} } w rSub { size 8{2 ital dm} } T rSub { size 8{2} } 10 rSup { size 8{ - 3} } =28 3 { {0,286+0,36} over {2} } 625 12,55 10 rSup { size 8{ - 6} } 10 rSup { size 8{3} } =212 ital Kg \) } {¿¿

¿¿¿

1.Tổn hao chính: Là tổn hao đồng trong dây quấn:

+ 1= 2,91 (MA/m2)

+2 = 2,89 (M/m2)

+ T tiết diện dây đồng: (m2)

+ l chiều cao dây dẫn (m)

+ d: Tỉ trọng dây dẫn d = 8900kg/m3

+ ρ : Điện trở suất của dây dẫn ở 750C

ρ = 0,02135 m

+ Gcu : Trọng lượng đồng dây quấn:

+ Dây quấn HA: Gcu = 152,9(kg)

2 Tổn hao phụ trong dây quấn:

Tổn hao phụ thường đựơc ghép vào tổn hao chính bằng cách thêm hệ số kf vào tổn haochính:

Pcu + Pf = Pcu kf.Trong đó kf phụ thuộc vào kích thước hình học của dây dẫn và sự sắp xếp của dây dẫntrong tổn thất tản

- Trong đó dây quấn HA:

+ Số thành dẫn song song với từ thông tản: m = 24

Đối với dây quấn HA:

- Chiều dài dây dẫn ra HA: lr1 = 7,5l = 7,5 0,43 = 3,22(m)

- Trọng lượng đồng dây dẫn ra HA:

Gr1 = lr1.Tr1. = 3,22 312,6 10-6 8900 =8,95 (kg)

- Tổn hao trong dây dẫn ra HA:

Pr1 = 2,4 10-12 2,912 1012 8,95 = 181,8(W)

Đối với dây quấn CA:

- Chiều dài dây dẫn ra CA

4 Tổn hao trong vách thùng và các chi tiết kim loại khác:

Do một phần tử thông tin khép mạch qua vách thùng dầu, các xà ép gông, các bulông ,nên phát sinh tổn hao trong các bộ phận này

Pt = 10.k.STrong đó hệ số k tra theo bảng 40a: k = 0,015

+d12 = đm + 2a01 + 2a1 + a12 = 0,20 + 2.0,005 + 2.0,022 + 0,01 = 0,264 (m)

+ = 3,142

0,264 0,41 = 2,023

Như vậy sai số nằm trong phạm vi 5% đạt yêu cầu

4 Lực cơ học của dây quấn:

Khi mba bị sự cố ngắn mạch thì dòng điện ngắn mạch sẽ rất lớn, nó không những làmtăng nhiệt độ máy mà còn gây lực cơ học lớn nguy hiểm đối với dây quấn mba

III) Tính toán lực cơ học khi ngắn mạch:

1.Trị số hiệu dụng của dòng điện ngắn mạch xác lập:

Lực cơ học sinh ra do tác dụng của dòng điện trong dây quấn với từ thông tản

- Lực hướng kính: Do từ trường tản dọc tác dụng với dòng điện gây nên

Lực F’t có tác dụng nén cả hai dấy quấn theo chiều trục và F’t sẽ đạt giá trị lớn nhất ởgiữa dây quấn

4 Tính toán ứng suất của dây quấn:

Ứng suất do lực hướng kính gây nên:

- Ứng suất nén trong dây quấn HA: Do lực nén Fnr gây nên

30 .100 = 62 % ứng suất nén cho phép

Ứng suất do lực chiều trục gây nên:

- Lực chiều trục chủ yếu là lực nén, nó làm hỏng những miếng đệm cách điện giữa cácvòng dây

+a, b:kích thước miếng đệm

Chọn + Bề rộng tấm đệm b = 40 (mm)

+ Bề rộng tấm đệm a = 32(mm)

PHẦN IV: TÍNH TOÁN CUỐI CÙNG VỀ HỆ THỐNG MẠCH TỪ VÀ

THAM SỐ KHÔNG TẢI CỦA M.B.A

I).Tính toán kích thước lõi sắt:

1 Ta chọn kết cấu lõi thép kiểu 3 pha, 3 trụ, lá thép ghép xen kẽ làm bằng tôn cán lạnh mã hiệu 3404 dầy 0,35 mm có 4 mối nối nghiêng ở 4 góc Ép trụ dùng nêm gỗ suốt giữa ống giấy bakêlit với trụ Gông ép bằng xà ép với bu lông siết ra ngoài gông.Số bậc,

chiều dầy các tập lá thép và kích thước các tập lá thép tra theo Bảng 41b: với d = 0,19 m

- Số bậc thang trong gông nG = 5

- Chiều rộng tập lá thép gông ngoài cùng aG = 100 mm

- Hệ số chêm kín hình tròn của bậc thang trụ kc = 0,89

- Diện tích tiết diện ngang các bậc thang của trụ và gông ( Bảng 42b )

T bT=262 ,8 cm2

T bg=267,3cm2

- Thể tích góc mạch từ : V0 = 4118 cm3

9 Trọng lượng sắt của trụ và gông:

- Trọng lượng sắt 1 góc của mạch từ: là phần chung nhau của trụ và gông, giới hạn bởi hai mặt trục vuông góc nhau

G0 =k d .V0.γ 10−6

Trong đó: V0 là thể tích góc mạch từ

γ = 7650 ( Kg/m3 ): Là tỉ trọng thép

G0 =0 ,97 4118.10−6 7650=30 ,55 Kg

Trọng lượng sắt gông: Gồm hai phần :

Phần giữa hai trụ biên:

G T=G T '+G T ''=244 ,06+8 ,19=252, 25 Kg

Trọng lượng sắt toàn bộ của trụ và gông:

G Fe=G T+G G=252,25+355 ,8=608 , 05 Kg

II) Tính toán tổn hao không tải, dòng điện không tải và hiệu suất mba

Khi cấp điện áp xoay chiều định mức có tần số định mức vào cuộn dây sơ cấp và thứ cấp để hở mạch, gọi là chế độ không tải

1 Tổn hao không tải: Chủ yếu là tổn hao trong lá thép silic.

Đối với mạch từ phẳng, nối nghiêng ở 4 góc, trụ giữa nối thẳng, lõi sắt không đột lỗ, tôn

có ủ sau khi cắt và có khử bavia:

+ kPB = 1 là hệ số kể đến tổn hao gấp mép hoặc khử bavia

+ nK : Số khe nối giữa các lá thép trong mạch từ

Sai lệch so với tiêu chuấn:

1422 ,1−1420

2 Dòng điện không tải:

Thành phần tác dụng của dòng điện không tải:

Theo Bảng 50, ta tìm được suất từ hoá:

Với BT = 1,72 T , qT = 3,48 ( VA/Kg) , qKT =33000 (VA/m2)

Với BG = 1,64 T , qG = 2,131 (VA/Kg) , qKG = 26700 (VA/m2)

+kib = 1 : Hệ số kể đến ảnh hưởng của việc cắt gọt bavia

+kic = 1,18 : Hệ số kể đến ảnh hưởng của việc cắt dập lá thép

+kir = 1,433 : Hệ số kể đến ảnh hưởng do chiều rộng lá tôn ở các góc mạch từ

+kig = 1 : Hệ số làm tăng công suất từ hoá ở gông

kie = 1,04 : Hệ số kể đến ảnh hưởng của việc ép mạch từ

kit = 1,01 : Hệ số kể đến sự tăng công suất từ hoá do tháo lắp gông trên để cho dây quấn vào trụ

i0%=√i 0 x2 +i 0 r2 =√2,082+0,222=2, 09%`

Trị số :

PHẦN V: TÍNH TOÁN NHIỆT

I) Tính toán nhiệt của dây quấn:

1 Nhiệt độ chênh trong lòng dây quấn hay lõ sắt với mặt ngoài của nó:

-Dây quấn HA: dây chữ nhật : θ0=

+Wb = 1 số vòng dây trong một bánh dây

- dây quấn CA: dây dẫn tròn:

θ0=0, 28 P a

2

λtb

Trong đó : + a= 0,0376 (m) là chiều dày dây quấn

+p là tổn hao trong một đơn vị thể tích dây quấn: