Thiết kế MBA điện lực

Thiết kế MBA điện lực

LỜI NÓI ĐẦU

MBA điện lực (viết tắt là MBA) là một bộ phận rất quan trọng trong hệ

thống điện, nó góp phần truyền tải và phân phối công suất từ nhà máy điện đến hộ

tiêu thụ một cách hợp lý nhằm để hạn chế bớt tổn hao MBA gồm hai loại: MBA

giảm áp và MBA tăng áp MBA dùng trong hệ thống điện gọi là MBA điện lực

MBA thường được sử dụng trong nhiều lĩnh vực, nhưng chủ yếu là truyền

tải Trong quá trình truyền tải trong lưới điện, tăng áp, rồi giảm áp đến hộ tiêu

thụ làm cho công suất của hệ thống MBA lớn và tổn hao cũng tăng lên Hơn

nữa, điều kiện khí hậu, địa hình mỗi nơi đều khác nhau, nhu cầu và sự phát triển

kinh tế ở mỗi vùng khác nhau dẫn đến yêu cầu về thiết kế và thông số kỹ thuật

của MBA cũng khác nhau Do đó, việc tính toán thiết kế MBA phù hợp với yêu

cầu đặt ra là rất cần thiết

Ngày nay, công nghệ chế tạo MBA ngày càng phát triển và đòi hỏi phải

hoàn thiện hơn, vật liệu được chế tạo ngày càng tốt Vì vậy, việc tính toán và

thiết kế phải đảm bảo nhu cầu phát triển kinh tế và đạt chất lượng cao, phải lấy

chỉ tiêu kinh tế làm hàng đầu, giá thành vật liệu thấp nhất Bên cạnh chỉ tiêu

kinh tế đòi hỏi tính năng kỹ thuật như: i0%, P0, Un%, Pn nằm trong điều kiện

cho phép ứng với mỗi loại công suất

Trong giới hạn của đề tài, tôi xin trình bày các phần sau của thiết kế MBA

điện lực, gồm 5 phần:

- Phần II : Tính dây quấn hạ áp - cao áp

- Phần III : Tính tổn hao và tham số ngắn mạch

- Phần IV : Tính chính xác mạch từ và tham số không tải

- Phần V : Tính nhiệt và chọn kết cấu vỏ

Trong quá trình tính toán, do kiến thức còn hữu hạn và chưa có kinh

nghiệm thực tế, nên chắc chắn không khỏi thiếu sót Rất mong sự đóng góp ý

kiến của quý thầy cô cùng các bạn đồng nghiệp

Nhiệm vụ thiết kế tốt nghiệp được hoàn thành nhờ sự hướng dẫn tận tình của

thầy Nguyễn Trung Cư, thầy cô giáo trong khoa Điện và Bộ môn Thiết bị Điện -

Điện tử đã tạo điều kiện cho em hoàn thành tốt nhiệm vụ thiết kế tốt nghiệp này

Em xin chân thành cám ơn!

PHẦN MỞ ĐẦU 1.1 ĐẠI CƯƠNG

Như đã biết, cùng một công suất truyền tải trên đường dây, nếu điện áp được

tăng cao thì dòng điện chạy trên đường dây sẽ giảm xuống, như vậy có thể làm tiết

diện dây nhỏ đi, do đó trọng lượng và chi phí dây dẫn sẽ giảm xuống, đồng thời tổn

hao năng lượng trên đường dây cũng giảm xuống Vì thế muốn truyền tải công suất

lớn đi xa, ít tổn hao và tiết kiệm kim loại màu, trên đường dây người ta phải dùng

điện áp cao, thường là 35,10,220 và 500kV Trên thực tế các máy phát điện không

có khả năng phát ra những điện áp cao như vậy, thường chỉ từ 3 đến 21kV là cùng,

do đó phải có thiết bị để tăng điện áp ở đầu đường dây lên Mặt khác các hộ tiêu

thụ thường yêu cầu điện áp thấp từ 0,4 đến 6kV, do đó tới đây phải có thiết bị giảm

điện áp xuống Những thiết bị dùng để tăng điện áp ở đầu ra của máy phát điện, tức

là ở đầu đường dây dẫn điện và giảm điện áp khi tới các hộ tiêu thụ, tức là ở cuối

đường dây dẫn điện gọi là các MBA (viết tắt là MBA)

Thực ra trong hệ thống điện lực, muốn truyền tải và phân phối công suất tù

nhà máy điện đến tận các hộ tiêu thụ một cách hợp lý, thường phải qua 3, 4 lần

tăng và giảm điện áp như vậy Do đó, tổng công suất của các MBA trong hệ

thống điện lực thường gấp 3, 4 lần công suất của trạm phát điện Những MBA

dùng trong hệ thống điện lực gọi là MBA điện lực hay MBA công suất

Ngoài MBA điện lực ra còn có nhiều loại MBA dùng trong các ngành

chuyên môn như: MBA chuyên dùng cho các lò luyện kim, MBA hàn điện,

MBA dùng cho các thiết bị chỉnh lưu, MBA dùng cho đo lường, thí nghiệm

Khuynh hướng phát triển của MBA điện lực hiện nay là thiết kế chế tạo

những MBA có dung lượng thật lớn, điện áp thật cao, dùng nguyên liệu mới để

giảm trọng lượng và kích thước máy Về vật liệu hiện nay đã dùng loại thép cán

lạnh không những có từ tính tốt mà tổn hao sắt lại ít, do đó nâng cao được hiệu

suất của MBA Khuynh hướng dùng dây nhôm thay dây đồng vừa giảm được

trọng lượng máy cũng đang phát triển

Ở nước ta ngành chế tạo đã ra đời ngay từ ngày hoà bình lập lại Đến nay

chúng ta đã sản xuất được một khối lượng MBA khá lớn với nhiều chủng loại

khác nhau phục vụ cho nhiều ngành sản xuất ở trong nước và xuất khẩu Hiện

nay ta đã sản xuất được những MBA dung lượng 25000kVA với điện áp 110kV

1.2 CÁC LOẠI MBA CHÍNH

Theo công dụng, MBA có thể gồm những loại chính sau đây:

th ống điện lực

để mở máy các động cơ điện xoay chiều

các đồng hồ đo

MBA có rất nhiều, song thực chất các hiện tượng xảy ra trong chúng đều

giống nhau

1.3 CẤU TẠO MBA

MBA có các bộ phận chính sau đây: Lõi thép, dây quấn và vỏ máy

1.3.1 LÕI THÉP (MẠCH TỪ)

Mạch từ MBA có hai nhiệm vụ chính: dẫn từ và đồng thời là các khung để

làm chỗ tựa cho các cuộn dây Mạch từ cũng do đó mà có các yêu cầu kỹ thuật

tương ứng: Phải dẫn từ tốt, có tổn hao do dòng điện xoáy nhỏ nhất, có kết cấu

chắc chắn đảm bảo khi nâng hạ, vận chuyển không làm xê dịch vị trí của các

cuộn dây

MBA trong hệ thống truyền tải điện thường được thiết kế với công suất

trên một máy rất lớn, có thể hàng trăm ngàn kVA Khích thước của MBA cũng

như máy điện nói chung tăng chậm hơn so với công suất Vì vậy đối với máy

lớn càng phải có hiệu suất cao

Lõi sắt gồm các lá thép silic ghép lại được ép bằng xà ép và các bulông tạo

thành bộ khung MBA Trên đó còn bắt các giá đỡ đầu dây dẫn ra nối với các sứ

các dây dẫn ra được ngâm trong thùng đựng dầu MBA, gọi là ruột máy Các

MBA nhỏ, ruột máy gắn với nắp máy có thể nhấc ra khỏi thùng dầu khi lắp ráp,

sửa chữa Các MBA công suất từ 1000kVA trở lên, vì ruột máy rất nặng nên

được bắt cố định với đáy thùng và lúc tháo lắp sửa chữa phải nâng vỏ máy lên

khỏi đáy và ruột máy

Lõi sắt gồm 2 phần: Trụ T và gông G Trụ là phần lõi có lồng dây quấn,

gông là phần lõi không có dây quấn dùng để khép mạch từ giữa các trụ

Có nhiều cách phân loại lõi sắt:

a Theo sự sắp xếp tương đối giữa trụ, gông và dây quấn, lõi sắt được

chia làm hai loại kiểu trụ và kiểu bọc

Dây quấn ôm lấy trụ sắt, gông từ chỉ giáp phía trên và phía dưới dây quấn

mà không bao lấy mặt ngoài của dây quấn, trụ sắt thường để đứng Tiết diện trụ

thường là hình tròn (đối với MBA công suất nhỏ có thể làm hình chữ nhật) và

dây quấn cũng có dáng hình trụ tròn Kết cấu này đơn giản, làm việc đảm bảo,

dùng ít vật liệu, vì vậy hầu hết các MBA điện lực hiện nay đều dùng kiểu này

Kiểu này gông từ không những bao lấy phần trên và dưới dây quấn mà còn

bao cả mặt bên của dây quấn Lõi sắt như ''bọc'' lấy dây quấn nên có tên gọi

đó.Trụ thường để nằm ngang, tiết diện trụ thường có hình chữ nhật MBA kiểu

này có ưu điểm là thường không cao nên vận chuyển dễ dàng, giảm được chiều

dài của dây dẫn từ dây quấn đến sứ ra; chống sét tốt vì hay dùng dây quấn xen

kẽ nên điện dung dây quấn Cdq lớn, điện dung đối với đất Cđ nhỏ nên sự phân bố

điện áp sét trên dây quấn đều hơn Nhưng khuyết điểm của kiểu này là chế tạo

phức tạp cả lõi sắt và dây quấn; các lá tôn silic nhiều loại kích thước khác nhau

khi dây quấn quấn thành ống tiết diện tròn; trong trường hợp dây quấn quấn

thành ống hình chữ nhật thì độ bền về cơ kém vì các lực có tác dụng lên dây

quấn không đều, tốn nguyên vật liệu Lõi sắt kiểu này thường thấy ở một số

nước Tây Âu chế tạo cho các biến áp lò

b Ngoài ra còn có thể có loại trung gian giữa kiểu trụ và kiểu bọc gọi là

kiểu trụ - bọc Loại này hay dùng trong các MBA một pha hay ba pha với

công suất lớn (hơn 100 ngàn kVA một pha) và để giảm bớt chiều cao phải

''san'' gông sang hai bên

Theo sự sắp xếp không gian giữa trụ và gông có thể phân biệt lõi thép có

mạch từ đối xứng và không đối xứng Ví dụ MBA ba pha ba trụ là loại mạch từ

không đối xứng, vì mạch từ của pha giữa ngắn hơn mạch từ hai pha bên cạnh

Còn tổ biến áp ba pha - tức gồm MBA một pha là loại mạch từ đối xứng

Theo phương pháp ghép trụ và gông có thể chia loại sắt thành hai kiểu: lõi

ghép nối và lõi ghép xen kẽ

Ghép nối là gông và trụ ghép riêng sau đó được đem nối với nhau nhờ

những xà và bulông ép Ghép kiểu này đơn giản, nhưng khe hở không khí giữa

trụ và gông lớn, do không đảm bảo tiếp xúc tương ứng từng lá thép trụ và gông

với nhau nên tổn hao và dòng điện không tải lớn, vì vậy ít dùng

Ghép xen kẽ là từng lớp là thép của trụ và gông lần lượt đặt xen kẽ sau đó

dùng xà ép và bulông vít chặt lại Muốn lồng dây quấn vào thì dỡ hết gông trên

ra, cho dây quấn vào trụ sau đó xếp lá thép vào gông như cũ và ép gông lại

Đối với thép cán lạnh, để giảm bớt tổn hao do tính dẫn từ không đúng

hướng thường ghép xen kẽ nhưng đối với mối nối nghiêng giữa trụ và gông ở 4

góc hay mối nối nghiêng cả trụ giữa mà không dùng mối nối thẳng như đối với

thép cán nóng Phương pháp ghép xen kẽ đơn giản, kết cấu vững chắc nên được

dùng rất phổ biến trong các ngành chế tạo biến áp hiện nay

1.3.2 DÂY QUẤN

Dây quấn MBA là bộ phận dùng để thu nhận năng lượng vào và truyền tải

năng lượng đi Trong MBA hai dây quấn có cuộn hạ áp (viết tắt là HA) nối với

lưới điện áp thấp và cuộn cao áp (viết tắt là CA) nối với lưới có điện áp cao hơn

Theo phương pháp bố trí dây quấn trên lõi thép có thể chia dây quấn biến

áp thành hai kiểu chính: đồng tâm và xen kẽ

1.3.2.1 Dây quấn đồng tâm

Cuộn HA và CA (nếu có ba dây quấn thì còn có cuộn điện áp trung bình ký

hiệu là TA) là những hình ống đồng tâm đối với nhau Chiều cao ( theo trục) của

chúng nên thiết kế bằng nhau vì nếu không sẽ sinh ra lực chiều trục lớn (nhất là

lúc ngắn mạch) có tác dụng ép hoặc đẩy gông từ hai cuộn dây không lợi về mặt

kết cấu khi bố trí cuộn dây, cuộn HA đặt trong cùng, cuộn CA đặt ngoài ( nếu

biến áp ba pha dây quấn, thường cuộn trung áp TA đặt giữa, cũng có thể đặt

trong cùng) Cuộn cao áp đặt ngoài sẽ đơn giản việc rút đầu dây điều chỉnh điện

áp cũng như giảm được kích thước rãnh cách điện giữa các cuộn dây và giữa

cuộn dây với trụ sắt Dây quấn đồng tâm được dùng phổ biến trong các MBA

điện lực với lõi sắt kiểu trụ

1.3.2.2 Dây quấn xen kẽ

Cuộn CA và HA được quấn thành từng bánh có chiều cao thấp và quấn xen kẽ

do đó giảm được lực dọc trục khi ngắn mạch Để giảm lực cơ theo hướng kính các

bánh dây cố gắng thiết kế có đường kính gần bằng nhau Dây quấn xen kẽ có nhiều

rãnh dầu ngang nên về mặt làm lạnh tuy có tốt hơn nhưng về mặt cơ thì kém vững

chắc hơn so với dây quấn đồng tâm Mặt khác dây quấn kiểu này có nhiều mối hàn

giữa các bánh dây trong khi đó dây quấn đồng tâm có thể từ đầu đến cuối cuộn dây

không có mối hàn nào Loại dây quấn này chủ yếu được dùng trong các MBA lò

điện hay trong một số MBA khô để đảm bảo sự làm lạnh được tốt

Theo hình dáng tiết diện cuộn dây có thể chia dây quấn thành hai loại:

Cuộn dây tròn và cuộn dây hình chữ nhật Cuộn dây tròn ''có dạng hình trụ và

ti ết diện ngang là hình tròn'' Cuộn dây chữ nhật '' có tiết diện ngang là hình chữ

nh ật với các góc uốn tròn'' Loại dây quấn sau có ưu điểm là lấp đầy được phần

không gian trong cuộn dây , nhưng có nhược điểm là chỗ góc uốn cong cách

điện dễ bị yếu đi do bị rạn nứt lúc uốn, nhất là khi góc uốn nhỏ; độ bền cơ cũng

kém Chính vì thế hầu hết các MBA điện lực hiện nay đều dùng loại cuộn dây

tròn vì kết cấu đơn giản hơn, độ bề cơ, điện tốt hơn Loại dây quấn kiểu cuộn

chữ nhật chỉ được dùng trong một số MBA đặc biệt thường với lõi thép kiểu bọc

và dùng trong các MBA công suất nhỏ và rất nhỏ

1.3.3 HỆ THỐNG LÀM LẠNH VÀ VỎ MÁY

Khi MBA làm việc, lõi sắt và dây quấn đều có tổn hao năng lượng làm cho

MBA nóng lên Muốn MBA làm việc được lâu dài phải tìm biện pháp giảm

nhiệt độ của MBA xuống Có thể làm nguội bằng không khí tự nhiên hoặc bằng

dầu MBA MBA dùng không khí để làm nguội gọi là MBA khô, MBA làm

nguội bằng dầu gọi là MBA dầu Hầu hết các MBA điện lực hiện nay đều làm

nguội bằng dầu

Khi MBA làm việc, dầu bao quanh lõi thép và dây quấn sẽ nóng lên và

chuyển năng lượng ra ngoài vách thùng nhờ hiện tượng đối lưu Nhiệt lượng lại

từ vách thùng truyền ra không khí xung quanh bằng quá trình đối lưu và bức xạ

Nhờ vậy mà hiệu ứng làm lạnh được tăng lên cho phép tăng tải điện từ đối với

lõi thép và dây quấn, tăng được công suất máy, giảm được kích thước và trọng

lượng máy Đối với MBA nhỏ dung lượng dưới 25 ÷ 40kVA, vách thùng dầu có

thể làm phẳng hay gợn sóng; đối với các MBA lớn hơn, để tăng bề mặt tản nhiệt

vách thùng thường gắn thêm những dãy cánh tản nhiệt hay những dãy ống hoặc

hơn nữa có thể làm những hệ thống dàn ống, gọi là bộ tản nhiệt hay bộ làm lạnh

và được làm nguội nhờ không khí tự nhiên ở những MBA công suất từ 10 đến

16 ngàn kVA trở lên thường phải tăng cường làm nguội bằng đối lưu cưỡng bức

không khí nhờ hệ thống quạt gió hay có thể đối lưu cưỡng bức dầu trong thùng

nhờ một hệ thống bơm riêng hoặc phối hợp cả hai

Để đảm bảo dầu trong MBA luôn luôn đầy trong quá trình vận hành, trên

nắp MBA có một bình dầu phụ hình trụ, thường đặt nằm ngang nối với thùng

dầu chính bằng ống dẫn dầu Tuỳ theo nhiệt độ của MBA mà dầu giãn nở tự do

trong bình dầu phụ không ảnh hưởng tới mức dầu ở trong MBA Vì vậy, bình

dầu phụ còn được gọi là bình giãn dầu

Trên nắp thùng còn có các sứ để bắt các dây dẫn ra nối các dây quấn trong

MBA với lưới điện; thiết bị đổi nối để điều chỉnh điện áp; thiết bị đo nhiệt độ

biến áp; mức treo

Dầu MBA ngoài tác dụng làm lạnh còn là một chất cách điện tốt, nhưng có

nhược điểm là dầu MBA đồng thời cũng là một vật liệu dễ cháy nên dễ sinh ra

hoả hoạn, vì vậy trong nhiều trường hợp phải có thiết bị và biện pháp chống

cháy thích hợp

ở các MBA khô vỏ máy chỉ để bảo vệ Vì không khí có khả năng làm nguội

và cách điện kém hơn dầu MBA nên trong các MBA khô, các khe rãnh cách

điện cần làm lớn hơn, còn tải điện từ thì lại phải nhỏ hơn so với MBA dầu Cũng

vì những lý do đó mà kích thước, trọng lượng và giá thành của MBA khô sẽ

tăng lên Điều này thấy rõ khi công suất và điện áp của máy càng cao Do vậy

MBA khô thường chỉ chế tạo với công suất tới 1600 ÷ 2500kVA, điện áp không

quá 15kV và cũng chỉ dùng trong điều kiện khô ráo

PHẦN I CHỌN PHƯƠNG ÁN VÀ TÍNH SƠ BỘ KÍCH THƯỚC CƠ BẢN

I CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐIỆN CƠ BẢN

1 CÔNG SUẤT MỘT PHA CỦA MBA

Trong đó:

S - Công suất định mức của MBA, S = 1000kVA

m - Số pha của MBA, m = 3

2 CÔNG SUẤT MỖI TRỤ

S' =

t

S (kVA)

= 3

1000

= 333,33 (kVA) Trong đó:

S - Công suất định mức của MBA, S = 1000kVA

t - Số trụ tác dụng Đối với MBA 3 pha , t = 3

3 DÒNG ĐIỆN DÂY ĐỊNH MỨC

I =

U3

10

⋅

⋅ (A)

Dòng điện bên phía HA:

I1 =

2U3

S

⋅

=

4003

I2 =

1

3U3

10S

⋅

⋅

=

350003

S - Công suất định mức của MBA, S = 1000kVA

U1 - Điện áp dây định mức bên phía CA, U1 = 35kV

U2 - Điện áp dây định mức bên phía HA, U2 = 0,4kV

I1 - Dòng điện bên phía HA, I1 = 1443,37 A

I2 - Dòng điện bên phía CA, I2 = 16,49 A

= 231 (V)

Điện áp pha bên phía CA:

Uf2 =

3

U1

= 3

10

35⋅ 3

= 20207 (V) Trong đó:

U1- Điện áp dây bên phía CA, U1 = 35kV

U2- Điện áp dây bên phía HA, U2 = 0,4kV

6 CÁC THÀNH PHẦN ĐIỆN ÁP NGẮN MẠCH

Thành phần tác dụng của điện áp ngắn mạch:

Ur =

S10

Pn

⋅

= 10010

000.13

3,1

= 5,857 (%) Trong đó:

Un - Điện áp ngắn mạch, Un = 6%

Ur - Thành phần tác dụng của điện áp ngắn mạch, Ur = 1,3%

7 ĐIỆN ÁP THỬ U th

Để xác định khoảng cách cách điện giữa các dây quấn, các phần dẫn điện

khác và bộ phận nối đất của MBA cần phải biết các trị số điện áp thử của chúng

Dựa vào bảng 2 TLTK MBA, điện áp thử với tần số công nghiệp (50Hz)

cho các MBA điện lực ngâm dầu, ta có:

Điện áp thử nghiệm bên phía HA:

Uth1 = 5 kV

Điện áp thử nghiệm bên phía CA:

Uth2 = 85 kV

II TÍNH TOÁN KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU CỦA MBA

1 CHIỀU RỘNG QUI ĐỔI CỦA RÃNH TỪ TẢN GIỮA DÂY QUẤN

a1, a2 - Lần lượt là chiều dày của dây quấn CA và HA

a12 - Khoảng cách tối thiểu giữa cuộn CA và HA

Với Uth = 85kV tra bảng 19 tác giả Phan Tử Thụ, ta chọn a12 = 27 mm

1033,3335

,010Sk3

a1 - Chiều dày dây quấn HA

a2 - Chiều dày dây quấn CA S' - Dung lượng trên một trụ, S' = 333,333kVA

k - Tra bảng 12 trang 185 TLTK MBA, có k = 0,5

Vậy khoảng cách qui đổi ar:

Theo bảng 11 trang 185 TLTK MBA, ta chọn mật độ từ cảm trong trụ

Bt = 1,60 T

Dựa vào bảng 6 trang 182 TLTK MBA, tra được hệ số tăng cường

gông:

kg = 1,015

Theo bảng 4 trang 181 TLTK MBA ta chọn số bậc thang trong trụ là 7 bậc; số

b ậc thang của gông lấy nhỏ hơn trụ 1 bậc, tức gông có 6 bậc; hệ số chiếm kín

kc = 0,9

Theo bảng 10 trang 184 TLTK MBA tra hệ số điền đầy với loại tôn cán

l ạnh, mã hiệu 3405, bề dày 0,30 mm,

kđ = 0,96

Kết cấu mạch từ, chọn loại kết cấu mối ghép xen kẽ, mối nối nghiêng ở

Cách ép trụ bằng băng vải thuỷ tinh; ép gông bằng xà ép với bu lông

xi ết ra phía ngoài gông, có tấm sắt ép gọi là hệ số lợi dụng K ld c ủa lõi

B =

015,1

60,1 = 1,576 T

Trong đó:

Bt : Mật độ từ cảm trong trụ, Bt = 1,6 T

kg: Hệ số tăng cường gông, kg = 1,015

* Mật độ từ cảm khe hở không khí mối nối thẳng:

B'K = Bt = 1,6 T

* Mật độ từ cảm khe hở không khs ở mối nối nghiêng:

B' = Bt = 1,6 = 1,131 T

Bt = 1,60 T tra bảng 50 được qt = 1,526 (VA/kg)

Bg = 1,576 T không có giá trị trong bảng, tiến hành nội suy:

Bg = 1,56 T tra bảng 50 được qg = 1,383 VA/Kg

Bg = 1,58 T tra bảng 50 được Pg = 1,445 VA/Kg

Do đó, suất từ hoá của gông ở giá trị Bg = 1,576 T là:

qg = 1,383 +

)56,158,1(

)56,1576,1()383,1449,1(

Tra bảng 50, ta được q''K = 19200 VA/m2

+ Nối xiên: Ứng với B'K = 1,131T

Không có trong bảng, ta tiến hành nội suy:

B'k = 1,0 T tra bảng 50 ta được q'k = 900 VA/m2

B'k = 1,20 T tra bảng 50 ta được q'k = 3700 VA/m2

Do đó, suất từ hoá ở khe hở không khí ( với nối xiên) ứng với

B'k = 1,131T là:

q'k = 900 +

)0,120,1(

)0,1131,1()9003700(

- Dựa vào bảng 13 trang 186 TLTK MBA tra được a = 1,4

- Dựa vào bảng 13 trang 186 TLTK MBA tra được b = 0,3

5 HỆ SỐ k f :

- Dựa vào bảng 15 trang 186 TLTK MBA tra được kf = 0,91

r rkBUf

ka'S

95,00483,033,333

Chọn theo Uth = 85kV của cuộn CA và dựa vào bảng 18, 19 trang 188

TLTK MBA ta có các khoảng cách như sau:

Khoảng cách giữa trụ và dây quấn HA

Khoảng cách ống cách điện giữa dây quấn HA và CA:

+ 93,441 x2

b Trọng lượng của gông:

Gg = B1 ⋅ x3 + B2 ⋅ x2

Trong đó B1, B2 được tính như sau:

Trong biểu thức B1, B2 có các biến được tính ở các mục sau:

- kg: Hệ số tăng cường gông,

997,547

+ 93,441x2 + (286,239 + 25,256 x)x3 + 47,987 ⋅ x2

=

x

997,547x

428,141x

x)25,256

r 2 T 2 ld f

2

A

%UBkk

aS

= 2,46 ⋅ 10-2 ⋅ 2 2 2

2

2,03,16,1864,091,0

4,11000

kdq = 2,46 ⋅ 10-2 đối với dây đồng

Ur% = 1,3 thành phần tác dụng của điện áp ngắn mạch

kg = 0,91 hệ số phụ Vậy trọng lượng dây quấn:

Gdq = 2

x

186,533

Trọng lượng dây quấn kể cả cách điện:

kg : Hệ số tăng cường gông, kg = 1,015

kdqFe = 2,36 tra bảng 16 trang 187 TLTK MBA

III TÍNH SƠ BỘ CÁC TỔN HAO

1 TỔN HAO KHÔNG TẢI

P0 = k'f ⋅ (Pt ⋅ Gt + Pg ⋅ Gg)

= 1,2 ⋅ (1,15 ⋅ Gt + 1,104 Gg) Trong đó:

k'f là hệ số phụ Đối với tôn cán lạnh do từ tính không phục hồi đầy đủ sau khi ủ, hoặc do có thể có mối ghép vuông góc, hoặc do sự nắn uốn là tôn lúc lắp ghép

làm cho tổn hao tăng lên, lấy k'f = 1,2

Pt, Pg: Suất tổn hao sắt ở trụ vuông, tính ở mục 3 được:

Q0 %

k''f: Hệ số kể đến sự phục hồi từ tính không hoàn toàn khi ủ lại

lá tôn cũng như uốn nắn và ép lõi sắt, chọn k''f = 1,25

Qc: Công suất tổn hao chung của trụ và gông:

Qc = 1,526 ⋅ Gt + 1,435 ⋅ Gg

Qf: Công suất từ hoá phụ đối với ''góc'' có mối nối thẳng,

04,61G435,1G526,1(25,

⋅

⋅+

⋅+

⋅+

⋅

⋅

* i0r =

S10

P0

⋅

=

100010

)G104,1G15,1(2,

⋅

⋅+

⋅

⋅

r 0 2

Pk

⋅

⋅

=

2x

186,5334,2

1300091

,0

8 LẬP BẢNG XÁC ĐỊNH TRỊ SỐ β TỐI ƯU:

Với x = 4 β để Ctd Thoả mãn yêu cầu trên, người ta thường dùng hệ số β

để biểu thị mối quan hệ đó:

β =

l12d

⋅π

r ộng của MBA

- Để tìm được phương án tối ưu, ở đây ta dùng bảng cho B thay đổi với

MBA Công suất với S = 1000 kVA

β trong khoảng 1,2 ÷3,6 Giá trị β tìm được phải thoả mãn các tiêu chuẩn

kỹ thuật và kinh tế, tức tìm ra giá trị giá thành vật liệu là min

Ctd = B1 ⋅ x2 + (B2 + A2) ⋅ x2 + 21

dqFe 1

x

CKk

x

C

2,0

24,0A

997,547

+

= 93,441 1,438199

,1

997,547

⋅+

= 438,1

186,533

Pk

⋅

⋅

10783,3074,2

1300091

điều kiện cho phép

Gt, Gg: Trọng lượng trụ và gông, Gt = 591,413 kg, Gg = 615

8 DÒNG ĐIỆN KHÔNG TẢI

i0 =

S10

Q

⋅Trong đó:

Q: Công suất từ hoá Q (VA)

34,014,3ddm

β

⋅π

m

Trong đó:

d12: Đường kính trung bình của rãnh dầu, d12 = 0,34 m

11 TIẾT DIỆN HỮU HIỆU CỦA TRỤ SẮT

= 0,96330,933

4

24,014,

= 0,039 m2 ≈ 0,04 m2

⋅Trong đó:

10041,1

⋅

3 , 1 14 , 3e16

10041,

Suy ra:

MCu = 0,2443310-433(35,2)2330,91330,95

2,04,1

13000

⋅

⋅

= 12,134 Vậy:

σr = 12,134331,725

= 20,931 MN/m2 < 60 MN/m2Vậy thoả mãn điều kiện cho phép

PHẦN II TÍNH TOÁN DÂY QUẤN MBA

I TÍNH TOÁN DÂY QUẤN HA

1 SỨC ĐIỆN ĐỘNG CỦA MỘT VÒNG DÂY

Uv = 34,4433f ⋅3Tt ⋅ Bt

= 4,443350330,04 ⋅ 1,60

= 14,208 V Trong đó:

f: Tần số của lưới điện công nghiệp f = 50Hg

Bt: Mật độ từ cảm trong trụ Bt = 1,6T

Tt : Tiết diện hữu hiệu của trụ, Tt = 0,04 m2

2 SỐ VÒNG DÂY MỘT PHA CỦA DÂY QUẤN HA:

W1 =

208,14

231U

Uv

1

≈ 17 vòng Trong đó:

Uf1: Điện áp pha bên phía HA, Uf1 = 231 V

Uv: Sức điện động của một vòng dây, Uv = 14,208 v

3 ĐIỆN ÁP THỰC CỦA MỘT VÒNG DÂY

Uv =

1

1 fWU

Đối với dây đồng ta có:

12

v n

10dS

UP

6,1313000

⋅

⋅

⋅

= 35,333106 (A/m2) Trong đó:

kf: Hệ số kể đến tổn hao phụ trong dây quấn, trong dây dẫn ra, trong vách thùng dầu

∆

=

61053,3

37,1443

⋅

= 408,8863310-6 m2 = 408,886 (mm2) Trong đó:

I1: Dòng định mức phía HA, I1 = 1443,37 A

∆tb: Mật độ dòng điên trung bình, ∆tb = 3,5333106 A/m2 Qua tính toán sơ bộ ở trên ta tiến hành chọn kết cấu dây quấn HA

6 CHỌN KẾT CẤU DÂY QUẤN HA:

Với các thông số s = 100kVA; U2 = 400V; I1 = 1443,37 A; T'1 = 408,886

mm2 theo bảng 38 trang 202 TLTK MBA ta có thể chọn dây quấn hình xoắn

kiểu xoắn kép, chiều cao rãnh dầu ngang sơ bộ hr = 4mm Dựa vào bảng 30

7 TÍNH SƠ BỘ CHIỀU CAO HƯỚNG TRỤC CỦA MỖI VÒNG

DÂY:

1

1h1

+l

117

515,0

−+

= 0,024 m = 24 mm

Trong đó:

1: Chiều cao dây quấn sơ bộ, 1 = 0,515 m

W1: Số vòng dây quấn HA, W1 = 17 vòng

hr1: Chiều cao rãnh dầu ngang sơ bộ, hr1 = 4 mm

Vì hr1 > 15 mm, theo hình (3 - 40a) trang 84 TLTK MBA Với ∆ =

3,5333106 A/m2, q = 2000W/m2 thì b không vượt quá 16mm, do đó ta chọn dây

hình chữ nhật, dây quấn có rãnh dầu ngang giữa, hoán vị phân bố đều

8 VỚI T' 1 VÀ h V1 ĐÃ TÍNH Ở TRÊN TA PHẢI LÀM HAI SỢI

XOẮN KÉP, SỐ SỢI CHẬP LÀ 8 SỢI CHIA LÀM HAI NHÓM NHƯ

;1,115,5

6,100,58T

;'b'a

ba

a', b': Kích thước dây có cách điện

Td1: Tiết diện mỗi sợi dây

9 TIẾT DIỆN THỰC CỦA MỖI VÒNG DÂY:

Td1: Tiết diện sợi dây, Td1 = 52,1 (mm2)

10 CHIỀU CAO THỰC CỦA MỖI VÒNG DÂY:

hv1 = 233b' + δ

= 23311,1 + 1,5

= 23,7 (mm) Trong đó:

b': Chiều rộng dây quấn kho có cách điện, b' = 11,1 mm

δ: Chiều dày tấm đệm cách điện giữa từng đôi bánh dây một, thường δ = 1,0 ÷ 1,5 mm, lấy δ = 1,5 mm

11 MẬT ĐỘ DÒNG ĐIỆN THỰC TRONG DÂY QUẤN HA:

37,1443

−

⋅

= 3,463310-6 A/m2 Trong đó:

I1: Dòng điện dây định mức phía HA, I1 = 1443,37 A

T1: Tiết diện thực của một vòng dây, T1 = 416,8 (mm2)

12 CHIỀU CAO THỰC CỦA DÂY QUẤN HA:

Đối với dây quấn hình xoắn mạch kép hoán vị phân bố đều, có rãnh dầu

b': Chiều rộng dây quấn khi có cách điện, b' = 11,1 mm

W1: Số vòng dây một pha của dây quấn HA, W1 = 17 vòng

k: Hệ số kể đến sự co ngót của tấm đệm sau khi ép chặt cuộn dây

k = 0,94 ÷ 0,96 lấy k = 0,95

hr: Chiều cao rãnh dầu ngang sơ bộ, hr = 4 mm

13 BỀ DÀY DÂY QUẤN HA:

⋅

⋅

= 0,022 ≈ 0,02 (m)

Trong đó:

nv1: Số sợi chập, nv1 = 8 sợi

n: Đối với dây quấn hình xoắn mạch kép, n = 2

a': Chiều rộng của dây quấn khi có cách điện, a' = 5,5 mm

14 ĐƯỜNG KÍNH TRONG CỦA DÂY QUẤN HA

D'1 = d + 233a013310-3

= 0,24 + 233153310-3

= 0,27 (m) Trong đó:

d: Đường kính trụ, d = 0,24 m

a01: Khoảng cách giữa trụ và dây quấn HA, a01 = 15 mm

15 ĐƯỜNG KÍNH NGOÀI CỦA DÂY QUẤN HA

D''1 = D'1 + 233a1

= 0,27 + 2330,02

= 0,310 (m) Trong đó:

D'1: Đường kính trong của dây quấn HA, D'1 = 0,27 m

a1: Bề dày dây quấn HA, a1 = 0,02 m

16 BỀ MẶT LÀM LẠNH CỦA DÂY QUẤN HA:

Với dây quấn hình xoắn mạch kép có rãnh dầu ngang giữa tất cả các bánh

dây, ta có:

M1 = 433t33k33π33( D'1 + a1)33( a1 + b'3310-3)33W1 (m2)

= 4333330,75333,14533( 0,27 +0,02)33( 0,02 +11,13310-3)3317

= 4,33 (m2) Trong đó:

t: Số trụ, t = 3 k: Hệ số kể đến bề mặt dây quấn bị tấm đệm che khuất, lấy k = 0,75

π: Số pi, π = 3,14

a1: Bề dày dây quấn HA, a1 = 0,02 m

b'1: Chiều dày dây quấn khi có cách điện, b'1 = 11,1 mm

W1: Số vòng dây một pha của dây quấn HA, W1 = 17 vòng

17 TRỌNG LƯỢNG ĐỒNG CỦA DÂY QUẤN HA

1 1 2 1

10TW2

''D'Dt

10108,416172

31,027,03

= 172,6 (kg)

Trong đó:

t: Số trụ, t = 3

D'1: Đường kính trong dây quấn HA, D'1 = 0,27 m

D''1: Đường kính ngoài dây quấn HA, D''1 = 0,31 m

W1: Số vòng dây quấn HA, W1 = 17 vòng

T1: Tiết diện thực của mỗi vòng dây, T1 = 416,83310-6 m2

18 TRỌNG LƯỢNG ĐỒNG CỦA DÂY QUẤN HA KỂ CẢ CÁCH

GCu1: Trọng lượng đồng của dây quấn HA: GCu1 = 172,6 kg

II TÍNH TOÁN DÂY QUẤN CA

Với MBA có:

S = 1000 [kVA]

U = 35/0,4 [kV]

Ta có những phương án thiết kế và tính toán dây quấn CA như sau:

- Tính số vòng dây, kích thước và cách điện dây quấn CA theo cấp điện

áp là 35 kV

- Chọn kiểu dây quấn CA: Ta chọn kiểu dây quấn xoắn ốc liên tục, dây

dẫn chữ nhật

1 SỐ VÒNG DÂY QUẤN CA ỨNG VỚI ĐỊNH MỨC:

W2đm = W1

1 f

2 fU

W1: Số vòng dây của dây quấn CA, W1 = 17 vòng

Uf1: Điện áp pha bên phía HA, Uf1 = 231 V

Uf2: Điện áp pha bên phía CA, Uf2 = 20207 V

- Cấp 33250 v ứng với W2 = W2đm - 2Wđc

= 1488 - 233 38 = 1412 vòng

Ta chọn sơ đồ hình 37d ở trang 79 TLTK MBA làm sơ đồ điều chỉnh điện áp

Thành lập các cực của dây quấn ứng với mỗi đầu ra của nấc điều chỉnh

điện áp mỗi pha

Ta vẽ cho pha A, pha B và C tương tự

∆tb: Mật độ dòng điện trung bình, ∆tb= 3,53.106 A/m2

T'2 = 6

2

210

49,16

−

⋅

= 4,58 (mm2) Trong đó:

I2: Dòng điện định mức bên phía CA, I2 = 16,49 A

∆2: Mật độ dòng điện sơ bộ phía CA, ∆2 = 3,6 MA/m2

6 CHỌN KẾT CẤU DÂY QUẤN

Theo bảng 38 trang 202 TLTK MBA ta chọn dây quấn xoắn ốc liên tục dây

dẫn chữ nhật, Chiều cao rãnh dầu ngang hr = 4mm Mã hiệu dây ПБ, số sợi chập là

1

'b'a

ba

75,34,1

nv2: Số sợi chập dây quấn CA, nv2 = 1

T'd2: Tiết diện sợi, T'd2 = 5,04 mm2

8 MẬT ĐỘ DÒNG ĐIỆN THỰC CỦA DÂY QUẤN CAO ÁP

−

⋅

= 3,27 ⋅ 106 (A/m2) = 3,27 (MA/m2) Trong đó:

I2: Dòng định mức bên phía CA, I2 = 16,49 A

T2: Tiết diện thực của dây quấn CA, T2 = 5,04 (mm2)

9 CHIỀU CAO MỖI BÁNH DÂY

hb2 = b' ⋅ 10–3 (m)

= 4,25 ⋅ 10–3

= 0,00425 m= 4,25 (mm)

Trong đó:

b' - Kích thước dây có cách điện, b' = 4,25 mm

10 SỐ BÁNH DÂY TRÊN MỖI TRỤ SẮT, SƠ BỘ TÍNH

nb2 =

r

3 2h'b

10+

⋅l

=

425,4

10532,

hr : Chiều cao rãnh dầu ngang, hr = 4 mm

11 SỐ VÒNG DÂY TRONG MỖI BÁNH DÂY

1564

= 24,43 vòng ≈ 25 vòng

Trong đó:

W2: Số vòng dây CA ở cấp điện áp max, W2 = 15,64 vòng

nb2: Số bánh dây trên mỗi trụ, nb2 = 64 bánh

12 CHIỀU CAO THỰC CỦA DÂY QUẤN CA

Với dây quấn có tất cả các rãnh dầu giữa tất cả các bánh dây, ta có:

b': Kích thước dây có cách điện, b' = 4,25 mm

nb2: Số bánh dây trên mỗi trụ, nb2 = 64 bánh

hr: Chiều cao rãnh dầu ngang, hr = 4,23 mm

hđc: Chiều cao rãnh dầu chỗ điều chỉnh điện áp, tra trong bảng 28 trang 196 TLTK MBA, hđc = 12

13 CHIỀU DÀY DÂY QUẤN CA

a2 = a'33Wb23310-3 (m)

= 1,933253310-3

= 0,0475 (m) ≈ 48 mm

Trong đó:

a'2: Chiều rộng dây quấn CA khi có cách điện, a'2 = 1,9 mm

Wb2: Số vòng dây trong mỗi bánh dây, Wb2 = 25 vòng

Sắp sếp lại số vòng dây ở tất cả các bánh dây như sau:

- 4 bánh cách điện tăng cường mỗi bánh 46 vòng 184 vòng