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

MỤC LỤCPHẦN I: TÍNH TOÁN CÁC KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU IXác định các đại lượng cơ bản IIChọn các số liệu và tính các kích thước chủ yếu PHẦN II: TÍNH TOÁN DÂY QUẤN ITính toán dây quấn hạ áp I

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!

Hà nội: Ngày 22/01/2007

Sinh viên

Bùi Văn Lục

PHẦN I : TÍNH TOÁN CÁC KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU

I) Các đại lượng điện cơ bản của MBA

1 Công suất mỗi pha của mba:

10 400

3 10

U

S

10 4 , 0 3

10 400

-Phía CA: đấu Y I f2 I2  10 49 (A)

-Phía HA: đấu Y If1=I1= 577.36 (A)

4500

10 10

.

10 100

f f

n f

P I

m

I m U

r I u

1.Chọn lõi sắt kiểu trụ, dây quấn cuộn thành hình trụ nên tiết diện ngang của trụ sắt

có dạng bậc thang đối xứng nội tiếp với hình tròn đường kính d

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:

ghép chéo B KK B T / 2= 1 , 17 ( )

2

66 , 1

- 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:

(Bảng 12) k=0,53

020 , 0 10 210 53 , 0 3

2 4

2 1

b Xác định kích thước chủ yếu của MBA:

MBA cần thiết kế là loại máy 3pha 3 trụ kiểu phẳng dây quấn đồng tâm (H.4)

- Chiều cao dây quấn: l

- Đường kính trung bình giữa hai dây quấn: d12

9 ,

7  12  4



l u

k a d w I f U

v

r R x

.

9 ,



v

r R x

u

k a w I f U

Trong đó :

I, w: là dòng điện và số vòng cuộn dây CA hoặc HA

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

.TT=klđd2/4 Tiết diện trụ

r R

x ld T

r R

v x v

k a f

u k d B f k

a w f

u u

w

u

S

9 , 7

10 4 44 , 4

9

,

7

10 10

.

2 2 3

507 , 0

ld T x

r R k B u f

k a S

95 , 0 03 , 0 133 507

, 0

.

'.

507 ,

2 2

ld T x

r R

k B u f

k a S

Để tìm được  tối ưu, trước hết ta xác định trọng lượng tác dụng của MBA

10 40 , 2

) (

10 40 , 2

22 12 2 4

2

3 4

1

a a A k k B

e b a A k k B

ld G

ld G

G dq f n (2-53)Trong đó: K là hằng số phụ thuộc điện trở suất của dâyquấn: KCu=2,4.10-12

+mật độ dòng điện :

12

.

746 0

d S

u P

k n v f

1

.k B U A k

Sa K

C

r T ld f dq

Với tần số f=50Hz:

2 2 2

2 1

A U B k k

Sa k

C

r T ld f dq

 với dây đồng: Kdq=2,46.10-2

1561 , 0 12 , 1 66 , 1 89 , 0 95 , 0

36 , 1 400 10

46 ,

2 2

Theo công thức 2-76

M=

A a

P k k

r f

n. . . .

n

u k

1 (

100 41

,

206 , 1

7600

95 , 0 95 , 0 29 , 38 10

10 492 ,

2 (

) 2 (

po o o G

g pf po o T t

pf

o

k G G N G p k

k G G

       

2

38 , 9 ).

2 4 (

13 , 2 13 , 1 ) 2

38 , 9 (

47 , 1 13 ,

2 (

) 2 (

.

o T t

+ 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

2 4 ( 13

, 2 07 , 1 2 , 1 ) 2

95 , 27 (

56 , 2 07

01815 ,

0 6 28600

10

3

2

S

Q S

3 4

3 3 4

0 0 , 486 10 k .k .A .X 0 , 486 10 1 , 015 0 , 89 0 , 1561 X 16 7X

+Q : công suất từ hoá ở những khe hở không khí nối giữa các lá thép

Q  3 , 2q.T t (VA) =3,2 28600 Tt (2-67)

+q  : suất từ hoá khe hở: bảng 50

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

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

3 Mật độ dòng điện trong dây quấn:

dq dq

dq dq

n f

G G

G G

K

P

10 20 , 42 10

2 , 1781

10 4 , 2

4500 95 , 0

6 12

10 26 10

) ( 628

,

0

' 2 2 6

2

a f

S u k k

i F

R

x n r

( 5 5

100 41 , 1 ) 1

( 100

, 0 50

133 84 3 29 38 10

4500

95 , 0 95 , 0 29 , 38 10 224 , 0 10 244

P k k k

r f n Cu

/ (



X X

A1/  285 , 6 / 275.36 264.98 256.27 248.96 246.20

2 2

2 X 25 , 01 X

3 3

1 X 198 , 89 X

2 2

2 X 11 , 26 X

2 2 1

T A / X A X

2 2

3 1

G B X B X

G T

'

td G k k G

T G

661

,

0 X

T G

287

,

2

7 ,

3456 X 3887.1832 4199.2928 4490.1222 4756.1247 4862.5257

o

) 10 /(

A

d d

1 Đường kính trụ sắt:

) ( 18 , 0 88 , 1 1561 ,

18 ,



2 Đường kính trung bình của rãnh d ầu giữa hai dây quấn:

12 1 01

d  dm   (2-77) + 1 , 2 0 , 02 0 , 024 ( )



a a

dm

2 , 44 76

, 1

8 , 24 12

18 , 0 89 , 0 4

4

.

2 2

2

m

d k

d k k

ld

dm c

d

Điện áp một vòng dây: u v  4 , 44 f.B T.T T  4 , 44 50 1 , 66 0 , 022  8 , 107 (V)

PHẦN II TÍNH TOÁN DÂY QUẤN.

I) Tính dây quấn HA.

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

+Ut1 là điện áp trên một trụ của dây HA:

U

.



1

=2 , 43 10 6

3 , 909

= 374.10-6 (m2) = 374 (mm2)Chọn kết cấu dây quấn, dựa theo Bảng 38:

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.6.55,,05..1011,,06 52,1

6 Tiết diện mỗi vòng dây:

I

= 312 , 6 10 6

3 , 909

 = 2,91 106 ( A/m2) = 2,91 (MA/m2)

8 Chiều cao dây quấn:

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

+ 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:

D'

1 = d + 2a01 = 0,18 + 2 0,005 = 0,19 (m)

hv hr hv b’

a'

11 Đường kính ngoài của dây quấn:

"

1 '

0 

.28.312,6.10-6.103 = 163,9 (Kg)

II) Tính dây quấn CA.

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

+ Cấp -2,5%Uđm:9750(V)W2 = W2đm - Wđc = 1542 – 38 = 1504(vòng)

+ Cấp +5%Uđm: 9500 (V) : W2 = W2đm+2 Wđc = 1542 - 2.38 = 1466(vòng)

5 Mật độ dòng điện sơ bộ:

2 = 2tb - 1 = 2 2,43 106 - 2,91 106 = 1,95 106 (A/m2)

6 Tiết diện dây dẫn sơ bộ:

= 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)

 = 0,83.106 (A/m2) = 0,83 (MA/m2)

11 Số vòng dây trong một lớp:

W12 = '

2 2

3 2

10

d n

l

v

- 1 = 0,145.4.,104 3 - 1 = 102 (vòng)Trong đó lấy l2 = l1 = 0,45(m)

12 Số lớp của dây quấn:

14 Chiều dày cách điện giữa các lớp:

Bảng 26: + Số lớp giấy cáp: 3 lớp

+ 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:

22 12

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 :

) ( 286 ,

0 10

10 2 266 ,

0 10

.

12 1

6 , 37 2 286

, 0

2 2

' 2

19 Khoảng cách giữa hai trụ cạnh nhau:

) ( 37 , 0 10

10 36

, 0 10

22 2

36,0286.0.(

.88,0.3.5,1)

.(

5,

2 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:

) 212

10 10 55 , 12 625

2

36 , 0 286

, 0 3 28 10

.

2

.

2 2

2

"

2 '

Hai cuộn dây điều chỉnh có trọng lượng:

G d/c  0 , 05 G Cu2  0 , 05 212  10 , 6 (Kg)

PHẦN III: TÍNH TOÁN NGẮN MẠCHI) Tổn hao ngắn mạch:

Tổn hao ngắn mạch của Mba hai dây quấn là tổn hao khi ngắn mạch một dây quấn còn dây quấn kia đặt vào điều áp ngắn mạch Un để cho dòng điện trong cả hai dây quấn đều bằng định mức

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

+ : Điện trở suất của dây dẫn ở 750C

= 0,02135 m

+ Gcu : Trọng lượng đồng dây quấn:

+ Dây quấn HA: Gcu = 152,9(kg)

Pcu= Pcu1 + Pcu2 = 3107 + 4249 = 7356 (W)

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

kf1 = 1 + 0,095 108 2a4.n2

Trong đó: +  =

l

m b.

kr = 10,5.100,433.24.0,95 = 0,55+ b = 10,5(mm)

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

dm n

U

I X

'.

9 , 7

v

r r

U

k a s

+kr = 1 – 0,055 ( 1 – e-1/0,055) = 0,945

Unx = 9 , 623 2

945 , 0 03 , 0 023 , 2 210 50 9 , 7

10-1 = 5,137%

3 Điện áp ngắn mạch toàn phần:

Un = 5 , 137 2  1 , 22 2 = 5,3%

Sai lệch lớn hơn so với tiêu chuẩn : 5 ,35,55,5.100 = -3,6%

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:

In = (1 100 )/( )

n n dm n

dm

S U S

U

I

 100 = 5 , 31 100 630 /( 5 , 3 500 10 )

37 , 36

3

2 Trị số cực đại ( xung kích) của dòng điện ngắn mạch:

) 1

(

u u

1 (

2 2 ,

670 1 , 217 / 5 , 137

3 Tính lực cơ học khi ngắn mạch:

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

Fr = Btbimax W lv = 0 ,628 (imax.W)2  k r 10-6 ( 4- 34)

Fr = 0,628 ( 1398,2 600)2 2,1 0,95 10-6 = 881746 N

Lực Fn đối với hai dây quấn là trực đối nhau ( H.9 ) có tác dụng ép ( hay nén) dây quấntrong và có tác dụng trương ( bung) đối với dây quấn ngoài

- Lực chiều trục F’t do từ trường tản ngang tác dụng với dòng điện sinh ra

F’t = Fr

l 2

ar

= 890481 20.0,03,41 = 32578 (N)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

F 6

nr  =

W T 2

10

F 6 r

10 881746

6 6

= 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

F n

.

10  6

10 40 32 10

10 32578





= 3,18 MPaTrong đó: +n : Số miếng đệm theo chu vi vòng tròn dây quấn, n=10 (Bảng 30) +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 cm, 8 2

3 ,

267 cm

T bg 

- Thể tích góc mạch từ : V0 = 4118 cm3

2 Xác định tiết diện tổng các bậc thang trong trụ:

2

8 ,

5 Chiều dầy gông:

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

Trọng lượng sắt gông: Gồm hai phần :

Phần giữa hai trụ biên: