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 TỐN CÁC KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU I)Xác định đại lượng II)Chọn số liệu tính kích thước chủ yếu PHẦN II): TÍNH TỐN DÂY QUẤN I)Tính tốn dây quấn hạ áp II)Tính tốn dây quấn cao áp PHẦN III): TÍNH TỐN CÁC THAM SỐ NGẮN MẠCH I)Tổn hao ngắn mạch II)Điện áp ngắn mạch III)Tính tốn lực học ngắn mạch PHẦN IV): TÍNH TỐN CUỐI CÙNG VỀ HỆ THỐNG MẠCH TỪ PHẦN V): TÍNH TỔN HAO VÀ DỊNG ĐIỆN KHƠNG TẢI PHẦN VI): TÍNH TỐN NHIỆT I)Tính tốn nhiệt dây quấn II)Tính tốn nhiệt thùng III)Tính tốn cuối nhiệt chênh dây quấn dầu : IV)Trọng lượng ruột máy,dầu bình giãn dầu: KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO Bùi Văn Lục TBĐ-ĐT K9 Thiết kế MBA điện lực 400kVA 22/0.4kV Y/yo-12 LỜI NÓI ĐẦU Mba điện lực phận quan trọng hệ thống điện Việc tải điện xa từ nhà máy điện đến hộ tiêu thụ hệ thống điện cần phải có nhiều lấn tăng giảm điện áp Do tổng cơng suất đặt Mba lớn nhiều lần so với công suất máy phát Tuy hiệu suất Mba thường lớn ( 98-99% ) Nhưng số lượng Mba nhiều nên tổng tổn hao hệ thống đáng kể vấn đề đặt thiết kế Mba giảm tổn hao tổn hao không tải Mba Vấn đề phát triển ngành chế tạo Mba điện lực tăng giới hạn cơng suất, điện áp, ngồi cịn mở rộng thang công suất Mba thành nhiều dãy để đáp ứng cách rộng rãi với nhu cầu sử dụng vận hành Mba Để làm điều thiết kế, chế tạo Mba ta phải khơng ngừng cải tiến, tìm vật liệu tốt hơn, thay đổi kết cấu mạch từ hợp lý, tăng trình độ cơng nghệ Vì vậy, nhiệm vụ thiết kế loại máy biến áp điện lực cần thiết Ngày nay, máy biến áp điện lực nước ta nhiều nước giới chế tạo theo tiêu chuẩn thích hợp hơn, có thơng số kỹ thật cao trước nhiều Qua đồ án môn học giúp em hiểu làm quen với công việc thiết kế Mba nói riêng máy điện nói chung Mặc dù cố gắng trình thiết kế chắn không tránh khỏi sai sót, em mong thầy, bạn đóng góp ý kiến xây dựng Em xin chân thành cảm ơn! Hà nội: Ngày 22/01/2007 Sinh viên Bùi Văn Lục Bùi Văn Lục TBĐ-ĐT K9 Thiết kế MBA điện lực 400kVA 22/0.4kV Y/yo-12 PHẦN I : TÍNH TỐN CÁC KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU I) Các đại lượng điện MBA Công suất pha mba: Sf= S 400 = =133 (kVA) m Công suất trụ: S 400 S’= t = =133 (kVA) 3 Dịng điện dây định mức: -Phía CA: -Phía HA: Sdm.103 400.10 I2 = = 10.49( A) = 3U 3.22.10 S 103 400.10 I1 = dm = 577.36( A) = 3.U1 3.0,4.10 Dòng điện pha định mức: I f = I = 10.49 (A) -Phía CA: đấu Y -Phía HA: đấu Y If1=I1= 577.36 (A) Điện áp pha: U 22.10 = 12720(V ) = 3 U 400 = = = 230,9(V ) 3 - Phía CA đấu Y: Uf2 = - Phía HA đấu Y: U f1 Các thành phần điện áp ngắn mạch: Thành phần tác dụng: ur = I f rn Uf 100 m.I f 10 −3 m.I f 10 −3 = Pn 4500 = = 1.12(%) 10.S dm 10.400 u x = u n − u r2 = − 1.12 = 3.84% Thành phần phản kháng: Điện áp thử dây quấn: Phía CA: U th = 35 (kV) Phía HA: U th1 = (kV) ( Bảng 2) II) Chọn số liệu xuất phát thiết kế sơ lõi thép: a Lõi sắt: 1.Chọn lõi sắt kiểu trụ, dây quấn cuộn thành hình trụ nên tiết diện ngang trụ sắt có dạng bậc thang đối xứng nội tiếp với hình trịn đường kính d Bùi Văn Lục TBĐ-ĐT K9 Thiết kế MBA điện lực 400kVA 22/0.4kV Y/yo-12 d01 d Theo bảng với tơn có ép chọn số bậc Vật liệu lõi sắt: dùng tơn silic mã hiệu 3404 có chiều dày : 0,35 mm-Bảng Để ép trụ ta dùng nêm gỗ suốt ống giấy Bakêlit với trụ hay với cuộn dây hạ áp Để ép gông ta dùng xà ép với bu lơng xiết ngồi gơng Bùi Văn Lục TBĐ-ĐT K9 Thiết kế MBA điện lực 400kVA 22/0.4kV Y/yo-12 Xà ép gông liên kết với bulông thẳng đứng chạy dọc cửa sổ lõi sắt hai cuộn dây xà ép với gơng phải lót đệm cacton cách điện để hệ thống xà sắt khơng tạo thành mạch từ kín Chọn tôn silic cường độ từ cảm trụ Chọn tơn silic cán lạnh mã hiệu 3404 có chiều dày 0,35mm Theo Bảng 11 ta chọn BT=1,66T Các hệ số suất tổn hao, suất từ hoá trụ gông - Hệ số dầy: Tra Bảng 10: kđ = 0,97 - Hệ số chêm kín Bảng 4: kc=0,92 - Hệ số lợi dụng lõi thép: kld=kc.kđ = 0,92.0,97=0,89 - Hệ số tăng cường tiết diện gông: ( Bảng 6) kg=Tg/Tt=1,015 - Từ cảm gông BG=BT/kg=1,66/1,015=1,64 - Hệ số quy đổi từ trường tản: kR=0,95 - Từ cảm khe hở khơng khí trụ gơng: ghép chéo ⇒ BKK = BT / = 1,66 = 1,17(T ) - Suất tổn hao thép (Bảng 45 ) - Suất từ hoá ( Bảng50) - Suất từ hố khe hở khơng khí: Trong trụ Trong gơng Trong trụ Trong gông Nối thẳng Nối chéo pT= 1,47 (W/kg) p G =1,41 (W/kg) q T =2,56 (W/Kg) q G =2,13 (W/Kg) p''k=28600 VA/mm2 p'k = 3900 VA/mm2 Chọn cách điện : ( Bảng 18,19) - Cách điện trụ dây quấn HA: a01= (mm) - Cách điện dây quấn HA CA: a12=10 (mm) - Cách điện dây quấn CA CA: a22=10 (mm) - Cách điện dây quấn CA đến gông: l02=30(mm) - Bề dầy ống cách điện CA HA : δ12=3 (mm) - Tấm chắn giữ pha : δ22=2 (mm) - Đầu thừa ống cách điện: lđ2=15 (mm) 5.a Chiều rộng quy đổi từ trường tản: aR=a12+1/3(a1+a2) ⇒ a1 + a2 = k S ' 10− (Bảng 12) ⇒ k=0,53 a1 + a = 0,53.4 210 10 − = 0,020 (m) aR=0,01+0,02=0,03 (m) Bùi Văn Lục TBĐ-ĐT K9 Thiết kế MBA điện lực 400kVA 22/0.4kV Y/yo-12 b Xác định kích thước chủ yếu MBA: MBA cần thiết kế loại máy 3pha trụ kiểu phẳng dây quấn đồng tâm (H.4) a1 c c l lo a22 a01 a2 d d21 Các kích thước chủ yếu MBA là: Đường kính trụ sắt: d Chiều cao dây quấn: l Đường kính trung bình hai dây quấn: d12 1.Tính hệ số kích thước β: Hệ số β biểu diễn quan hệ đường kính trung bình d12 với chiều cao dây quấn l β= π d12 l Để chi phí chế tạo MBA nhỏ nhất, mặt khác đảm bảo tiêu kỹ thuật ta cần phải tìm giá trị β tối ưu Công suất trụ: S’=U.I Thành phần phản kháng điện áp ngắn mạch: 7,9.f I.w.π.d12 a R k r 10− (%) u v l 7,9.f I.w.β.a R k r Ux = 10 − (%) uv Ux = Bùi Văn Lục TBĐ-ĐT K9 Thiết kế MBA điện lực 400kVA 22/0.4kV Y/yo-12 Trong : I, w: f =50Hz kr=0,95 aR=0,03 m uv=4,44.f.BT.TT TT=klđπd2/4 dòng điện số vòng cuộn dây CA HA tần số lưới điện hệ số Rogovski chiều rộng quy đổi từ trường tản Điện áp vòng dây Tiết diện trụ 2   d  4,44 f BT π kld  u x 10   u u 104.10−  S ' = uv w x v = 7,9 f w.β aR kr 7,9 f aR kr S ' β.a R k r d = 0,507 f u x B k T ld Rút ra: Trong biểu thức có β thay đổi phạm vi rộng định tới thay đổi đường kính d Đặt A= 0,507 S '.a R k r 133.0,03.0,95 = 0,507 = 0,1561 2 f u x BT k ld 50.3.84.1,66 2.0,89 Để tìm β tối ưu, trước hết ta xác định trọng lượng tác dụng MBA A1 = 5,663.10 a A k ld Trong : A2 = 3,605.10 A k ld l Thay số : A1 = 5,663.10 4.1,36.0,15613.0,89 = 260.7( Kg ) A2 = 3,605.10 4.0,15612.0,89.0,03 = 23.45( Kg ) B1 = 2,40.10 k G k ld A (a + b + e) B = 2,40.10 k G k ld A (a12 + a 22 ) Thay số : B1 = 2,40.10 4.1,015.0,89.0,15613.(1,36 + 0,42 + 0,41) = 180.6( Kg ) B2 = 2,40.10 4.1,015.0,89.0,15612.(0,01 + 0,01) = 10.56( Kg ) Trọng lượng dây quấn đồng : G dq = k f Pn (2-53) K ∆2 Trong đó: K số phụ thuộc điện trở suất dâyquấn: K Cu =2,4.10-12 +mật độ dòng điện : ∆ = 0.746.k f Pn uv S d12 +kf : hệ số tính đến tổn hao phụ dây quấn, vách Chọn kf=0,95 (Bảng 15) π d Thay d12=a.A.X, uv=4,447.BT.TT ; TT= kld vào ( 2-53) Bùi Văn Lục TBĐ-ĐT K9 : Gdq = C1 X2 Thiết kế MBA điện lực 400kVA 22/0.4kV Y/yo-12 Trong đó: Sa 2 k f k ld BT U r A ' C1 = K dq Với tần số f=50Hz: C1 = k dq Sa 2 k f k ld BT U r A với dây đồng: Kdq=2,46.10-2 400.1,36 = 322.12( kg ) 0,95.0,89 2.1,66.21,12.0,15612 C1 = 2,46.10 − Theo công thức 2-76 M= 0,244.10 −6.k n2 k f k r Pn a A Trong đó: 100 k n = 1,41 (1 + e un −π u nr u nx 100 =1,41 (1 + e 5,5 ) −π 1, 206 5, 366 ) =38,29 M = 0,244.10 − 6.38,29 2.0,95.0,95 7600 1,36.0,1634 =11,04 MPa - Trọng lượng tơn Silic "góc", tiết diện gông chữ nhật Theo 2-66b với máy công suất 400 kVA Go = 0,492.10 4.k g k ld A x = 0,492.104.1,015 0,89.0,15613.x3 = 16.9 x3 Kg - Tiết diện trụ lõi sắt: Theo 2-68a S T = 0,785.k ld A x = 0,785.0,89.0,15612.x2 = 0,01702 x2 (m2) - Tiết diện khe hở vng góc: S'K= ST = 0,01702 x2 - Tiết diện khe hở chéo:Theo 2-68b '' S K = S T = 0,02406.x - Tổn hao không tải, tính tốn sơ dùng cơng thức 5-23: Po = k pf pt (GT + Go k po   ) + k pf p g GG − ( N + 2).Go + Go  2   k po Trong đó: kpf ảnh hưởng tổn hao phụ, tra bảng 48, với dung lượng máy 400 kVA, tôn cán lạnh 3404, tơn có ủ ta chọn kpf = 1,13 Bùi Văn Lục TBĐ-ĐT K9 Thiết kế MBA điện lực 400kVA 22/0.4kV Y/yo-12 kpo hệ số kể đến tổn hao phụ góc nối mạch từ, tra bảng 47 ta k po= 9,38 N số lượng góc nối mạch từ cần phải tính đến tổn hao sắt, với máy biến áp ba pha N=4 Thay vào công thức ta được: Po = 1,13.1,47.(GT + Go 9,38 9,38   ) + 1,13.2,13.GG − (4 + 2).Go + Go 2    = 1,661.GT + 4,633.Go+ 2,406.GG (W) - Công suất từ hóa, tính tốn sơ bộ, dùng biểu thức cơng suất từ hố khơng tải đơn giản bớt hệ số sau: ' ' Qo = k if k if' q t (GT + Go k ig k ir   k io ' ' '' '' ) + k if k if' q g GG − ( N + 2).Go + Go  + k if ∑ q k nk Tk 2   Trong ' + k if hệ số xét đến tổn hao phụ sắt, với tôn cán lạnh 3404, có ủ lại sau cắt dập k ' if = 1,2 '' + k if gơng có tiết diện nhiều bậc thép có ủ, máy biến áp công suất S=400 kVA '' lấy k if = 1,07 + kio hệ số gia tăng dòng không tải, tra bảng 53, với tôn cán lạnh 3404, dày 0,35 mm, mật độ từ thông gông Bg = 1.64 T, mạch từ pha trụ ta kio=27,95 + kig hệ số kể đến ảnh hưởng góc nối phối hợp khác số lượng mối nối nghiêng thẳng, kig=27,95 + kir hệ số kể đến ảnh hưởng chiều rộng tơn góc mạch từ, tra bảng 52b với B g =1,64T ta kir=1,27 Thay hệ số vào biểu thức trên: 27,95 27,95.1,27   ) + 1,2.1,07.2,13GG − (4 + 2).Go + Go + 2   2 + 1,07.28600.6.0,01815.x + 1,07.3900.2.0,02566.x Qo = 1,2.1,07.2,56(GT + Go =3.287.GT + 2,734.GG +78,067Go +3546.7 x2 Thành phần phản kháng dòng điện không tải Q.102 Q iox = = (%) S 10 10 S Với Q cơng suất từ hố, gần tính cơng thức: Q = k 'f' (Qc + Q f + Qδ ) Trong đó: + k 'f' : hệ số kể đến phục hồi từ tính khơng hồn tồn ủ lại tơn lấy k 'f' = 1,2 +Qc : công suất tổn hao chung trụ gông: Qc=qt.Gt+ qg.Gg (VA) (2-64) Bùi Văn Lục TBĐ-ĐT K9 Thiết kế MBA điện lực 400kVA 22/0.4kV Y/yo-12 qt ;qg suất tổn hao trụ gông: Bảng 50 qt=2,56 (VA/kg) qg=2,13 (VA/kg) +Qf: cơng suất từ hố phụ “góc” Qf = 40 qt.G0 =(VA) 40 2,56 G0 =102,4 G0 G0 trọng lượng góc G0 = 0,486.10 k g k ld A X = 0,486.10 4.1,015.0,89.0,15613 X = 16.7 X + Q δ : cơng suất từ hố khe hở khơng khí nối thép Qδ = 3,2q δ Tt (VA) =3,2 28600 Tt (2-67) + q δ : suất từ hoá khe hở: bảng 50 Tiết diện tác dụng của trụ: Tt = 0,785k ld A X = 0,002 X Trong tính tốn sơ coi gần dịng điện khơng tải i0=i0x Mật độ dịng điện dây quấn: ∆= k f Pn K Gdq = 0,95.4500 1781,2.1012 = = 42,20.10 −12 Gdq Gdq 2,4.10 Gdq Trong : + Gdq = C1 X2 +K=2,4.10-12 +kf=0,95 Đối với MBA dầu ∆Cu ≤ 4,5.106 (A/m2) Lực học: Lực hướng kính tác dụng lên hai dây quấn: k n u x S ' Fr = 0,628(imax ω ) β kr 10 = 26.10 (N ) f aR 100 100 k n = 1,41 (1 + e −π u R / u X ) = 1,41 (1 + e −π 1, 206 / 5,366 ) = 38.29 un 5 Fr = 26.10 − −6 −2 38.29 2.3.84.133 = 129.78.10 ( N ) 50.0,03 ứng suất kéo tác dụng lên tiết diện sợi dây dẫn: σr = Fr = M X 2.π ω T −6 Trong đó: M Cu = 0,244.10 k n k f k r Điều kiện: Pn 4500 = 0,224.10 −6.38,29.0,95.0,95 = 0,163 a A 1,36.0,1561 σ ≤ 60( MN / m ) 10 Bùi Văn Lục TBĐ-ĐT K9 Thiết kế MBA điện lực 400kVA 22/0.4kV Y/yo-12 PHẦN IV: TÍNH TỐN CUỐI CÙNG VỀ HỆ THỐNG MẠCH TỪ VÀ THAM SỐ KHÔNG TẢI CỦA M.B.A I).Tính tốn kích thước lõi sắt: Ta chọn kết cấu lõi thép kiểu pha, trụ, thép ghép xen kẽ làm tôn cán lạnh mã hiệu 3404 dầy 0,35 mm có mối nối nghiêng góc Ép trụ dùng nêm gỗ suốt ống giấy bakêlit với trụ Gông ép xà ép với bu lơng siết ngồi gơng.Số bậc, chiều dầy tập thép kích thước tập thép tra theo Bảng 41b: với d = 0,19 m Thứ tự tập Trụ (mm) Gông ( Trong 1/2 Tt ) 180x30 165x17 145x14 130x8 115x7 100x5 75x7 180x30 165x17 145x14 130x8 115x7 100x5 75x7 - Số bậc thang trụ nT = - Số bậc thang gông nG = - Chiều rộng tập thép gơng ngồi aG = 100 mm - Hệ số chêm kín hình trịn bậc thang trụ kc = 0,89 - Diện tích tiết diện ngang bậc thang trụ gông ( Bảng 42b ) TbT = 262,8cm Tbg = 267,3cm - Thể tích góc mạch từ : V0 = 4118 cm3 28 Bùi Văn Lục TBĐ-ĐT K9 Thiết kế MBA điện lực 400kVA 22/0.4kV Y/yo-12 Xác định tiết diện tổng bậc thang trụ: Tbt = 262,8cm =0,02628 m2 Tiết diện tác dụng trụ sắt: TT = k d TbT Trong kđ hệ số điền đầy kđ = 0,92 ( Bảng 10 ) TT = 0,92.0,02628 = 0,02417 m Tiết diện tổng bậc thang gông : Tbg =267,3 cm2= 0,02673 m2 29 Bùi Văn Lục TBĐ-ĐT K9 Thiết kế MBA điện lực 400kVA 22/0.4kV Y/yo-12 Chiều dầy gông: bG = ∑ bT 10 −3 = ( 30 + 17 + 14 + + + + ).2 = 176mm = 0,176 m Tiết diện tác dụng gông: TG = k d TbG = 0,92.0,02763 = 0,02541m Chiều cao trụ sắt: l T = l + ( l '+l ' ') Trong đó: l0' l0'' khoảng cách từ dây quấn đến gông gông 0,03 m lT = 0,43 + 2.0,03 = 0,49m Khoảng cách hai trụ cạnh nhau: C = D2 ' '+ a 22 10 −3 = 0,36 + 0,01 = 0,37m Trọng lượng sắt trụ gơng: - Trọng lượng sắt góc mạch từ: phần chung trụ gông, giới hạn hai mặt trục vng góc G = k d V0 γ 10 −6 Trong đó: V0 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 hai trụ biên: GG ' = 2.( t − 1).C.TG γ = 2.(3 − 1).0,37.0.02541.7650.10 −4 = 294,7 Kg Phần gơng góc : G G ' ' = G0 = 2.G0 = 2.30,55 = 61,1Kg Trọng lượng sắt toàn phần gông: GG = GG '+GG ' ' = 294,7 + 61,1 = 355,8 Kg Trọng lượng sắt trụ: Gồm hai phần: Phần trụ ứng với chiều cao cửa sổ mạch từ: GT ' = t.TT lT γ = 3.0,02417.0,44.7650 = 244.06 Kg Phần trụ nối với gông: GT ' ' = t.(TT a1G γ − G0 ) = 3.(0,02417.0,18.7650 − 30,55) = 8,19 Kg Trong a1G = 180mm → Trọng lượng sắt trụ: GT = GT '+GT ' ' = 244,06 + 8,19 = 252,25 Kg 30 Bùi Văn Lục TBĐ-ĐT K9 Thiết kế MBA điện lực 400kVA 22/0.4kV Y/yo-12 Trọng lượng sắt tồn trụ gơng: G Fe = GT + GG = 252,25 + 355,8 = 608,05 Kg II) Tính tốn tổn hao khơng tải, dịng điện khơng tải hiệu suất mba Khi cấp điện áp xoay chiều định mức có tần số định mức vào cuộn dây sơ cấp thứ cấp để hở mạch, gọi chế độ không tải Tổn hao không tải: Chủ yếu tổn hao thép silic P0 = k f ( p T GT + p G GG ) Trong đó: suất tổn hao pT , pG phụ thuộc vào từ cảm BT , BG , mã hiệu chiều dầy thép : uV 10 9,24.10 = = 1,72T 4,44 f TT 4,44.50.241,7 T 241,7 BG = BT T = 1,72 = 1,64T TG 254,1 BT = Tiết diện khe hở khơng khí mối nối nghiêng: Bkn = BT = 1,72 = 1,21T Tra bảng 45: Với BT = 1,72 T → pT = 1,672 (W/Kg) ; pKt = 741 (W/m2) Với BG = 1,64 T → pG = 1,411 ( W/Kg) ; pKg = 677 (W/m2) Với Bkn = 1,21 T→ pKN = 381 (W/m2) Đối với mạch từ phẳng, nối nghiêng góc, trụ nối thẳng, lõi sắt khơng đột lỗ, tơn có ủ sau cắt có khử bavia: p + pG   P0 = k pc k pp  p T GT + p G (G G '− N G ) + T G k p + ∑ p K n K TK .k pG k pe k pt   Trong : + N: Số lượng góc nối mạch từ N=4 + kp0 = 10,18 hệ số kể đến tổn hao phụ góc nối mạch từ ( Bảng 47 ) + kPG = hệ số tổn hao phụ gông + kPT = 1,05 hệ số tổn hao tháo lắp gông ( Để lồng dây) + kPE = 1,03 hệ số tổn hao ép trụ để đai + kPC = 1,05 hệ số kể đến tổn hao cắt dập tôn + kPB = hệ số kể đến tổn hao gấp mép khử bavia + nK : Số khe nối thép mạch từ Thay số: 1,672 + 1,411  P0 = 1,05.1.1,672.252,25 + 1,411.(294,7 − 4.30,55) + 30,55.10,18 +  + (4.241,7, 381.10 −4 + 1.741.262,8.10 −4 + 2.677.267,3.10 −4 ) 1.1,03.1,05 = ] = 1422,1(¦ W ) 31 Bùi Văn Lục TBĐ-ĐT K9 Thiết kế MBA điện lực 400kVA 22/0.4kV Y/yo-12 Sai lệch so với tiêu chuấn: 1422,1 − 1420 = 0,14% 1420 Dịng điện khơng tải: Thành phần tác dụng dịng điện khơng tải: i0 R % =  P / m.U f I0R 100 =   S / m.U If f   .100 = P0 100 = 1422,1 = 0,22%  S 630.10  Theo Bảng 50, ta tìm suất từ hố: 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) Với Bkn = 1,21 T , qKN =4340 (VA/m2) Với lõi sắt kiểu trụ phẳng, làm thép cán lạnh có ép trụ gơng đai, khơng có bulơng xuyên lõi:   qt + q g   ' Q0 = k ig k ie k it k ib k ic q t Gt + q g (G g − N G ) + k ir k io G  + + ∑ q k n k Tk        = 1,18.1,04.1,01.[1,00.1,18.[ 3,48.252,25 + 2,131(294,7 − 4.30,55) + 3,48 + 2,131 + 1,433.40,5.30,55 ] + ( 4.4340.341,8 + 1.33000.241,7 + + 2.26700.254,1).10 −4 ] = 13116 (VA) Trong : N=4 TK = 2TT = 2.241,7 = 341,8cm với mối ghép nghiêng TKG = TG = 254,1cm ( Gông ) TKT = TT = 241,7cm Với mối ghép thẳng trụ +kib = : Hệ số kể đến ảnh hưởng việc cắt gọt bavia +kic = 1,18 : Hệ số kể đến ảnh hưởng việc cắt dập thép +kir = 1,433 : Hệ số kể đến ảnh hưởng chiều rộng tơn góc mạch từ +kig = : Hệ số làm tăng cơng suất từ hố gông kie = 1,04 : Hệ số kể đến ảnh hưởng việc ép mạch từ kit = 1,01 : Hệ số kể đến tăng công suất từ hố tháo lắp gơng dây quấn vào trụ ki0 = 40,5: Hệ số chung ( Bảng 53 ) Thành phần phản kháng dịng điện khơng tải: i0 x % = Q0 13116 = = 2,08% 10.S 10.630 Dịng điện khơng tải tổng: i0 % = i02x + i02r = 2,08 + 0,22 = 2,09%` Trị số : 32 Bùi Văn Lục TBĐ-ĐT K9 Thiết kế MBA điện lực 400kVA 22/0.4kV Y/yo-12 2,08 = 18,9 (A) 100 0,22 I oR = 909,3 = 2,0 (A) 100 2,09 I = 909,3 = 19 (A) 100 I X = 909,3 3.Hiệu suất mba tải định mức:  P0 + Pn  1422,1 + 7701   η = 1 −  P + P + P .100 = 1 − 630000 + 1422,1 + 7701 .100 = 98,5%    dm n   33 Bùi Văn Lục TBĐ-ĐT K9 Thiết kế MBA điện lực 400kVA 22/0.4kV Y/yo-12 PHẦN V: TÍNH TỐN NHIỆT I) Tính tốn nhiệt dây quấn: Nhiệt độ chênh lòng dây quấn hay lõ sắt với mặt ngồi nó: θ0 = -Dây quấn HA: dây chữ nhật : q.δ λcd Trong : + δ chiều dầy cách điện phiá dây dẫn: δ1 = 0,2.10−3 m + λ cd : Suất dẫn nhiệt lớp cách điện dây dẫn Bảng 54: λ cd = 0,17 (W/m 0C) +q: Mật độ dòng nhiệt bề mặt dây quấn HA: q1 = Hay q1 = pCu k f M 107.∆.I ωb k f k (b'+ aK ) 10−10 ( W/m2) Trong : +Wb = số vịng dây bánh dây +k = 0,75 hệ số che khuất bề mặt làm lạnh + aK = 0,033 m kích thước hướng kính dây quấn +b' = 11.10-3 +kf = 1,0164 q1 = 107.2,91.10 6.909,3.1.1,0164 −10 10 = 872,03 W/m2 0,75 11.10 −3 + 0,033 ( → θ 01 = ) 872,03.0,2.10 −3 = 1,025 C 0,17 - dây quấn CA: dây dẫn tròn: P.a θ = 0,28 λ tb Trong : + a= 0,0376 (m) chiều dày dây quấn +p tổn hao đơn vị thể tích dây quấn: ∆2 d p = 1,68 ' 10 −8 (W/m ) ' (d + δ l ).d +d=4,0.10 −3 (m) 34 Bùi Văn Lục TBĐ-ĐT K9 Thiết kế MBA điện lực 400kVA 22/0.4kV Y/yo-12 +d’=4,4.10 −3 (m) + δ l = 0,4.10 −3 (m) p =1,68 2,89 2.10 4,0 .10 −3 10 −8 = 106,2 (4,4 + 0,4).10 −3.4,4.10 −3 λ.λ (d ' + δ l ) + λ tb = : λ.δ l + λ1 d ' λ = 0,17 (W/m C) λ (W/m ) dẫn xuất nhiệt trung bình : Suất dẫn nhiệt trung bình λcd 0,17 = 0,7.0,1 = 2,42 0,7 α d '−d 0,44 − 0,4 α= = = 0,1 0,4 2,42.0,17.( 4,4 + 0,4).10 −3 λtb = = 1,15 (W/m C) 2,42.0,4.10 −3 + 0,17.4,4.10 −3 106,2.0,0376 θ 02 = 0,28 = 0,036 C 1,15 λ= Mật độ dòng nhiệt bề mặt dây quấn CA: q2 = PCu k f M2 = 4249.1,00 = 1231,5 (W/m ) 3,45 Nhiệt độ chênh mặt dây quấn dầu: θ d1 = k k k 0,35.q , (6-10b) -Dây quấn HA : Trong : + k = 1,0 làm lạnh tự nhiên dầu + k = 1,1 dây quấn (HA) + k = 0,85 (Bảng 55) h r / a = / 16,5 = 0,24 ⇒ θ d = 1,0.1,1.0,85.0,35.872,03 0, = 22,39 C -Dây quấn CA : θ d = k q ,6 = 0,285.1231,5 0,6 = 20,37 C Nhiệt độ chênh trung bình dây quấn dầu: Dây quấn HA: θ dtb = θ + θ d = 1,025 + 22,39 = 23,41 C 01 Dây quấn CA: 2 θ dtb = θ 02 + θ d = 0,036 + 20,37 = 20,394 C 3 II) Tính tốn nhiệt thùng dầu: 1.Chọn loại thùng: Theo bảng 57 ta chọn kết cấu thùng vách phẳng có ống làm lạnh cong 35 Bùi Văn Lục TBĐ-ĐT K9 Thiết kế MBA điện lực 400kVA 22/0.4kV Y/yo-12 2.Các kích thước tối thiểu bên thùng Các khoảng cách cách điện từ dây dẫn đến vách thùng, đến xà ép gông xác định sau: - Khoảng cách từ dây dẫn đến vách thùng cho dây dẫn CA có: s1 = 10 (mm) (Bảng 31) với U th = 35 KV, bọc cách điện 4(mm) - Khoảng cách đến xà ép gông cho dây dẫn CA có: s = 12 (mm) (Bảng 31) với U th = 35 KV ,bọc cách điện (mm) -Khoảng cách đến vách thùng cho dây dẫn HA không bọc cách điện: s3 = 10 (mm) (Bảng 31) -Khoảng cách đến dây dẫn CA có Uth2=35 kV , cho dây dẫn HA Uth1=5 kV: s = 25 (mm) (Bảng 32) - Đường kính dây dẫn không bọc cách điện dây quấn HA: d = 10 (mm) - Đường kính dây dẫn có bọc cách điện dây quấn CA: d1 = 25 (mm) - Khoảng cách giữ dây quấn cao áp vách thùng: s5 = s3 + d + s = 10 + 10 + 25 = 45 (mm) - Chiều rộng tối thiểu thùng ' B = D2' + ( s1 + s + d1 + s3 + s + d ).10 −3 = 0,36 + (10 + 12 + 25 + 10 + 25 + 10).10 −3 = 0,45 - Chiều dài tối thiểu thùng: A = 2.C + D"2 + 2.s 10 −3 = 2.0,37 + 0,36 + 2.45.10 −3 = 0,524 (m) - Chiều cao ruột máy: H1=lt+2.hg+n.10=0,49+2.0,18+0,04=0,89 (m) 36 Bùi Văn Lục TBĐ-ĐT K9 Thiết kế MBA điện lực 400kVA 22/0.4kV Y/yo-12 Trong : + n làchiều dày lót gơng : n=0,04 m +chiều cao trụ: lt=0,49 (m) +chiều cao gông hg=0,18 m - Chiều cao tối thiểu từ gông đến nắp thùng: H2 Theo bảng 58 lấy H2= 160 mm= 0,16 m Khi điều chỉnh điện áp đặt nằm ngang gông nắp thùng - Chiều cao thùng: H=H1+H2=0,89+0,16 =1,05(m) Diện tích bề mặt xạ đối lưu thùng dầu : - Nhiệt độ chênh trung bình cho phép dầu khơng khí cho dây quấn nóng CA : θ dk = 60 − 20,394 = 39,610 C - Nhiệt độ chênh lớp dầu so với khơng khí: 1,2.(θ dt + θ tk ) = 1,2.θ dk = 1,2.39,61 = 47,53 C < 50 C - Nhiệt độ chênh trung bình vách thùng khơng khí : θtk=θdk-θdt=39,61-6=33,610C Trong đó: lấy nhiệt độ chênh dầu vách thùng θdt=60C - Chọn số dãy ống dãy (Bảng 60) - Bán kính cong ống lấy R= 0,15(m) - Chọn loại ống tròn đường kính 30/27 mm dày 1,5 mm - Khoảng cách hai ống cạnh (bước ống): tô=50 mm (Bảng 60) - Lấy đoạn ống a=50 mm - Khoảng cách hai tâm ống: b = H- (c+e).10-3=1,05 - (60+70).10-3 = 0,92 (m) Trong khoảng cách c = 60 mm, e =70 m (Bảng 61) +Bề mặt đối lưu thùng phẳng nắp: Mfđl=(2.(A-B)+π.B).H = ( 2.(0,524-0,45)+π.0,45) ).1,05 =1,64 (m2) 37 Bùi Văn Lục TBĐ-ĐT K9 Thiết kế MBA điện lực 400kVA 22/0.4kV Y/yo-12 - Bề mặt đối lưu thùng theo tổng tổn hao: M 'dl = 1,05 ∑ P − 1,12.M bx , 2,5.θ1tk25 Trong +Tổng tổn hao: ∑ P = P0 + Pn = 1420 + 7700 = 9120 (W) +Bề mặt xạ: Mbx=(2.(A-B)+π.B).H.k=(2.(0,524- 0,45)+π.0,45).1,05.1,5=2,45 (m2) Với k=1,5 (Bảng 59) hệ số hình dáng thùng ' M dl = 1,05.9120 − 1,12.2,45 = 44,59 (m2) 2,5.33,611, 25 -Bề mặt đối lưu nắp thùng : Mn=0,5.( bn(ln- bn) +π.bn2/4 ) = 0,5.( (B+2.bv).(A-B)+π.(B+2.bv)2/4) Trong đó: bn=B+2.bv chiều rộng nắp thùng ln=A+2.bv chiều dài nắp thùng bv=0,08 m chiều rộng vành nắp thùng M ndl = 0,5.((0,45 + 2.0,08)(0,524 − 0,45) + π (0,45 + 0,16) )) = 0,336m Bề mặt đối lưu tản nhiệt ∑ M bdl = M 'dl − M ndl =44,59-0,336=44,25 m2 - Bề mặt đối lưu thùng: Mbdl=Mfđl.kht+Môđl.khô Trong đó: hệ số hình dáng (Bảng 56) kht=1,4.1,15 = 1,61 khô=1,61 +Bề mặt đối lưu ống: Môđl=Mm.m.l=0,0942.32.1,491=4,49 (m2) -Chiều dài khai triển ống: l = b + ( π.R-2.R+2.a ).10-3= b +( 1,14.R+2.a ).10-3 =0,92 + (3,14.150+2.50 ).10-3 = 1,491 (m) ⇒ Mđl=1,64.1,61+4,49.1,61=9,87 (m2) Trong Mm=0,0942 (m2) diện tích bề mặt mét ống (Bảng60) - số ống dãy: mô= 2( A − B ) + π B 2.(0,524 − 0,45) + π 0,45 = = 32,22 to 0,05 - Số tản nhiệt cần thiết: nb= ∑M bdl 44,25 = 9,87 = M ®lMbl Ta lấy tản nhiệt bố trí hình vẽ: 38 Bùi Văn Lục TBĐ-ĐT K9 Thiết kế MBA điện lực 400kVA 22/0.4kV Y/yo-12 Vậy bề mặt đối lưu thực thùng là: M dl = ∑ M bdl + M fb + M ndl = 44,25 + 1,64 + 0,336 = 46,22 III) Tính tốn cuối nhiệt chênh dây quấn dầu: Nhiêt độ chênh thùng dầu khơng khí:   k ( P0 + Pn ) θ tk =    2,8.M bx + 2,5.M dl  ,8  1,05(1420 + 7700 )  =   2,8.2,45 + 2,5.46,22  0,8 = 32,7 C Nhiệt độ chênh dầu sát vách thùng so với thùng: θ d t  k ( P0 + Pn )  = k1 0,165.   ∑ M dl    0,6 1,05.(1420 + 7700)  = 1.0,165.  44,25   0,6 = 4,1 0C Nhiệt độ chênh thùng dầu so với khơng khí: ' θ dk = θ dt + θ tk = 4,1 + 32, ,7 = 36,8 0C Nhiệt độ chênh lớp dầu so với khơng khí: θ dk = σ θ ' tk ) = 1,2.36,8 = 44,16 ≤ 50 0C Nhiệt độ chênh dây quấn khơng khí: Dây quấn hạ áp: θ k = θ dtb + θ dk ' = 1,23 + 18,59 + 36,8 = 56,62 < 60 0C Dây quấn cao áp: θ k = θ dtb + θ dk ' = 0,86 + 15,24 + 36,8 = 52,9 < 60 0C IV) Trọng lượng ruột máy, dầu bình giãn dầu: Trọng lượng ruột máy: Gr = 1,2( Gdq + Gl ) = 1,2.(375,5 + 608,05) = 1180 (Kg) Trong đó: +Trọng lượng dây quấn: Gdq = GCu1 + GCu + Gd / c = 152,9 + 212 + 10,6 = 375,5 (Kg) +Trọng lượng lõi sắt: Gl = GT + GG = 608,05 (Kg) Trọng lượng dầu: -Thể tích dầu thùng: Vd=Vt-Vr=0,41-0,21=0,21 (m) Trong :  B2   0,45  + Vt =  A.B + π .H = 0,524.0,45 + π .1,05 = 0,41 (m )     +Thể tích ruột máy: 39 Bùi Văn Lục TBĐ-ĐT K9 Thiết kế MBA điện lực 400kVA 22/0.4kV Y/yo-12 Vr = Gr 1180 = = 0,21 (m3) ; Với γr=5500 (Kg/m3) γ r 5500 -Trọng lượng dầu : Gd = 1,05.[ 0,9.(Vt − Vr ) + Gdo ] = 1,05.[ 0,9.(0,41 − 0,21) + 54] = 57 (Kg) Trong đó: Gdô: trọng lượng dầu hệ thống làm lạnh : 68 ống ,mỗi ống dài 1,47 m trọng lượng mét dầu ống 0,552 (Kg) (Bảng 60) 3.Bình dãn dầu: Bình dãn dầu làm thép có chiều dày mm, đặt nằm ngang nắp thùng Thể tích bình: V gd = 0,1.Vd = 0,1.0,21 = 0,021 (m) −3 -Chiều dài bình: l gd ≤ B + 2.a.10 = 0,45 + 2.0,05 = 0,55 (m) Lấy l gd = 0,55 (m) -Đường kính bình dãn dầu: d = 4.V gd π l gd = 4.0,021 = 0,22m π 0,55 Theo kinh nghiệm sản xuất thể tích bình dầu phụ = 8% thể tích vỏ thùng ======================================== 40 Bùi Văn Lục TBĐ-ĐT K9 Thiết kế MBA điện lực 400kVA 22/0.4kV Y/yo-12 KẾT LUẬN Máy biến áp thiết bị chiếm vị trí quan trọng hệ thống truyền tải cơng suất nguồn có mặt khắp nơi, đòi hỏi khách quan mà máy biến áp đa dạng phong phú với nhiều chủng loại kích cỡ Ngày xã hội ngày phát triển đời sống nhân dân ngày nâng cao, nhu cầu điện dành cho sinh hoạt, sản xuất mà phát triển.Để đáp ứng nhu cầu địi hỏi ngành điện nói chung nhà máy chế tạo máy biến áp nói riêng cần có sách phù hợp với thực tiễn lưới Do yêu cầu khách quan, miền Bắc nước ta lưới điện 35;6,3;10kV nhiều, miền Nam dùng lưới điện 22kV, điện lực nước ta thống thay lưới trung áp nước ta 22kV, cần phải bước thay đổi lưới trung áp miền Bắc cho phù hợp Tuy nhiên, việc thay đổi này, cần phải tiến hành bước thiết bị hệ thống điện lưới điện 35kV nhiều hoạt động trạng thái tốt, việc thay đổi cách thiết bị cách vội vàng dẫn đến tình trạng lãng phí đáng tiếc, thiết bị ta thường phải mua với giá đắt không sản xuất Do đó, việc chế tạo máy biến áp hai cấp điện áp 6,3(22) hồn tồn thích hợp, khơng phải bỏ thiết bị dùng lưới điện cũ mà đảm bảo bước chuyển sang thống dùng lưới điện trung áp toàn quốc Hơn việc sản xuất máy biến áp 6,3(22)/0,4 kV nước hồn tồn Vì tiết kiệm cho ngành điện số vốn đầu tư để thay đổi lưới điện Không cải tiến chất lượng cần phải ý đến mẫu mã, kiểu dáng mới, phát triển vũ bão khoa học kỹ thuật với công nghệ vật liệu khiến cho công việc chế tạo máy biến áp đơn giản nhiều, đặt cho người thiết kế nhiều lựa chọn, quy trình cơng nghệ sản xuất có phù hợp với loại máy khơng, vật liệu nào, cuối xem xét giá thành máy sau thiết kế Thực tiễn khách quan yêu cầu người thiết kế không chế tạo máy với đầy đủ yêu cầu kĩ thuật mà phải tối ưu giá thành, có kiểu dáng thích hợp Hiện hãng 41 Bùi Văn Lục TBĐ-ĐT K9 Thiết kế MBA điện lực 400kVA 22/0.4kV Y/yo-12 chế tạo máy biến áp giới khu vực nhiều, Việt Nam nhà máy chế tạo máy biến áp có số lượng lớn, xu hãng chế tạo máy biến áp muốn cạnh tranh thị trường phải có uy tín tức chất lượng giá hợp lý, người thiết kế phải đặt nên hàng đầu Tài liệu tham khảo Vũ Gia Hanh, Trần Khánh Hà, Phan Tử Thụ, Nguyễn Văn Sáu Máy điện, tập I Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, 2001 Phan Tử Thụ Thiết kế máy biến áp điện lực Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 2002 Trần Khánh Hà, Nguyễn Hồng Thanh Thiết kế máy điện Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 2003 Phạm Văn Bình, Lê Văn Doanh Thiết kế máy biến áp Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật,2002 Nguyễn Đức Sỹ Giáo trình Cơng nghệ chế tạo máy điện máy biến áp Nhà xuất giáo dục, 1995 Nguyễn Đức Sỹ Sửa chữa máy điện máy biến áp Nhà xuất giáo dục, năm 2002 Phạm Văn Bình, Lê Văn Doanh, Tơn Long Ngà Máy biến áp, lý thuyết, vận hành bảo dưỡng, thử nghiệm Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, năm 2002 42 Bùi Văn Lục TBĐ-ĐT K9 .. .Thiết kế MBA điện lực 400kVA 22/0.4kV Y/yo-12 LỜI NÓI ĐẦU Mba điện lực phận quan trọng hệ thống điện Việc tải điện xa từ nhà máy điện đến hộ tiêu thụ hệ thống điện cần phải có... (m) aR=0,01+0,02=0,03 (m) Bùi Văn Lục TBĐ-ĐT K9 Thiết kế MBA điện lực 400kVA 22/0.4kV Y/yo-12 b Xác định kích thước chủ yếu MBA: MBA cần thiết kế loại máy 3pha trụ kiểu phẳng dây quấn đồng tâm... TBĐ-ĐT K9 Thiết kế MBA điện lực 400kVA 22/0.4kV Y/yo-12 18,6 100 = 62 % 30 ứng suất nén cho phép Ứng suất lực chiều trục gây nên: Lực chiều trục chủ yếu lực nén, làm hỏng miếng đệm cách điện vòng