ĐỒ ÁN THIẾT KẾ MÁY ĐIỆN ĐỀ TÀI THIẾT KẾ MÁY BIẾN ÁP ĐIỆN LỰC BA PHA 250 KVA LÀM MÁT BẰNG KHÔNG KHÍ

1/2010 GVHD: Th.s Nguy n Văn ồi TRU NG TK MBA I H C CƠNG NGHI P HÀ N I KHOA I N B MƠN THI TB I N ÁN MƠN THI T K MÁY I N TÀI : THI T K MÁY BI N ÁP I NL C BA PHA 250 KVA LÀM MÁT B NG KHƠNG KHÍ GVHD : NGUY N VĂN ỒI NSVTH : N3 Điện1 K1 01/ 2010 Nhóm in 1_ K1 HaUI Xuanhiep2509@gmail.com 1/2010 GVHD: Th.s Nguy n Văn ồi TK MBA M cl c Chương 1: T ng Quan V Máy Bi n Áp I.Khái Ni m II Tiêu chu n vi c ch t o máy bi n áp III Ch n v t li u vi c thi t k ch t o máy bi n áp .8 IV Ch n k t c u cho máy bi n áp 1.Lõi thép k t c u: Dây qu n 12 H th ng làm mát 13 V M c ích, nhi m v u c u thi t k 13 1.Nhi m v kĩ thu t: 13 2.Tính tốn i n t : 13 Thi t k thi cơng 13 CHƯƠNG TÍNH TỐN KÍCH THƯ C CH Y U C A MÁY BI N ÁP 15 I Các thơng skĩ thu t ban II u 15 Ý nghĩa thơng s 15 1/T n hao ng n m ch Pn 15 2/T n hao khơng t i Po 15 3/ i n áp ng n m ch Un 16 4/ Dòng i n khơng t i Io .16 III Tính tốn tr s nh m c 17 Cơng su t m i pha máy bi n áp ba pha 17 Cơng su t m i tr MBA 17 Các dòng i n nh m c 17 i n áp pha 17 i n áp th nghi m dây qu n : .17 Ki u dây qu n 17 Nhóm in 1_ K1 HaUI Xuanhiep2509@gmail.com 1/2010 GVHD: Th.s Nguy n Văn ồi IV TK MBA Ch n v t li u tác d ng 17 Ch n v t li u d n i n 18 Ch n v t li u d n t 18 V Ch n k t c u m ch t 18 Ch n d ng m ch t 18 c i m t ng lo i 18 Ch n ti t di n tr thép 21 Ghép tr gơng 21 Cách phân b cu n dây MBA theo hình dáng m ch t 22 VI Xác nh hình dáng ch y u MBA 23 Ch n thơng s b n cho máy bi n áp 23 25 Ch n h s hình dáng β CHƯƠNG : TÍNH TỐN IÊN T 41 Tính tốn dây qu n MBA : 41 I-Yêu cầu chung dây quấn : 41 1.Về mặt điện : 41 2.Về mặt học : 41 3.Về mặt chòu nhiệt : 41 II- Tính toán dây quấn hạ áp : 42 1.Số vòng dây pha dây quấn hạ áp : 42 2.Điện áp thực vòng dây : 42 3.Tiết diện dây dẫn sơ hạ áp : 42 4.Cường độ từ cảm thực trụ sắt : 43 III-Tính toán dây quấn cao áp : 48 1.Xác đònh số vòng dây dây quấn cao áp ứng với điện áp đònh mức 48 Ta có : 48 2.Số vòng dây cấp điều chỉnh điện áp : 48 3.Mật độ dòng điện sơ : 49 4.Chiều dày cách điện lớp : 52 5.Xác đònh kích thước ống cách điện cao áp hạ áp : 52 Nhóm in 1_ K1 HaUI Xuanhiep2509@gmail.com 1/2010 GVHD: Th.s Nguy n Văn ồi TK MBA 6.Bề dày cuộn dây cao áp : 54 7.Đường kính dây quấn cao áp : 55 8.Đường kính dây cao áp : 55 Khoảng cách hai trụ cạnh : 55 10 Bề mặt làm lạnh dây quấn cao áp : 56 CHƯƠNG : TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH 57 I-Xác đònh tổn hao ngắn mạch : 57 1.Trọng lượng đồng cuộn dây quấn hạ áp : 57 2.Trọng lượng đồng dây quấn cao áp : 57 3.Trọng lượmg đồng hai dây quấn cao áp hạ áp : 58 4.Tổn hao đồng : 58 II-Xác đònh tổn hao phụ : 59 1.Đối với dây quấn hình chữ nhật : 59 2.Đối với dây quấn tiết diện tròn : 60 III- Tổn hao dây dẫn : 61 IV- Tổn hao vách thùng chi tiết kim loại khác : 64 V-Xác đònh điện áp ngắn mạch : 65 VI-Tính lực học dây quấn máy biến áp : 67 CHƯƠNG : TÍNH TOÁN CUỐI CÙNG HỆ THỐNG MẠCH TỪ VÀ HỆ SỐ KHÔNG TẢI CỦA MÁY BIẾN ÁP I-Xác đònh kích thước cụ thể lõi sắt : 77 77 II-Tính toán tham số không tải máy biến áp : 85 III-Hiệu suất máy biến áp : 88 CHƯƠNG : TÍNH TOÁN NHIỆT CỦA MÁY BIẾN ÁP 89 Tính toán nhiệt qua phần : 89 I-Tính toán nhiệt dây quấn hạ áp : 89 II-Tính toán nhiệt dây quấn cao áp : 91 CHƯƠNG : ĐỘ AN TOÀN VÀ TÍNH KINH TẾ 96 A-Độ an toàn : 96 I-An toàn xuất xưởng : 96 Nhóm in 1_ K1 HaUI Xuanhiep2509@gmail.com 1/2010 GVHD: Th.s Nguy n Văn ồi TK MBA II-An toàn vận hành : 97 B.Tính kinh tế : 97 I-Xác đònh toàn trọng lượng máy biến áp : 98 C ánh giá chung : 103 Nhóm in 1_ K1 HaUI Xuanhiep2509@gmail.com 1/2010 GVHD: Th.s Nguy n Văn ồi Dung l ng máy bin áp Tn hao khơng t i Sơ tài : Thi t k máy bi n áp khơng khí TK MBA n m ﾤ ch Tn hao ng u dây in áp ng n m ﾤ ch S pha : : : : : : Sdm = 250 KVA Po = 600 W Y/Yo-12 Un = 5.5% Pn = 2750W m = 3, tn s f=50Hz, Udm=35/0.4KV stt Tên b n v Mt ct ﾤ ng mt ct b ﾤ ng MBA K Kh gi y A3 S l ng tc u MBA A3 01 Ph n thuy t minh 1.Tính tốn kích th c ch yu 2.Tính tốn dây qu n CA/HA Tính tốn ng 01 n m ﾤ ch 4.Tính tốn nhit, Thit k v thùng Thit k kt cáu máy bin áp Nhóm in 1_ K1 HaUI Xuanhiep2509@gmail.com 1/2010 GVHD: Th.s Nguy n Văn ồi TK MBA Chương 1: T ng Quan V! Máy Bi n Áp I.Khái Ni m Máy bin áp b phn quan trng h thng in, bin i in áp sang in áp khác Vic truyn t i in t nhà máy in ti h tiêu th- cn ti thiu n ln tăng gi m in áp Do ó tng cơng su t tg pt5 n ln hoc n a Hiu su t ca máy bin áp th !ng r t ln (98%-99%) Nhưng s l ng máy bin áp nhiu nên tng tn hao r t ln, ó tơn cán l ﾤ nh c dùng làm m ﾤ ch t máy bin áp, ó tn hao cơng su t (P) cơng su t t hố(Q) th p, d"n n tn hao gi m k Các b phn máy bin áp: Lõi s 1/2010 GVHD: Th.s Nguy n Văn ồi TK MBA 1) Mật độ dòng nhiệt mặt cuộn dây cao áp : ( W/ m ) q2 = Kf2 Pcu 2 M2 Với : M2 = 5,43 m2 ; bề mặt làm mát cuộn dây cao áp Với : Pcu2 = 4240 ( W ); Kf2 = 1,02 ⇒ q2 = 1,02 4240 5,43 = 796,5 ( W/ m ) 2) Độ tăng nhiệt từ lòng mặt mặt cuộn dây : - Được xác đònh với tổ lớp dày ( dây quấn hình ống nhiều lớp ) Xem miền nóng trung tâm cuộn dây, bỏ qua tản nhiệt hướng trục bên cuộn dây Tổn hao cm3 cuộn dây : P = 1,68 2 ' d 10−2 (d + δ ).d ' ( W/ cm3 ) (TL1 ) Trong : δ2 = 0,036 cm ; bề dày cách điện lớp cuộn cao áp d : đường kính dây quấn cao áp Nhóm in 1_ K1 HaUI Xuanhiep2509@gmail.com 92 1/2010 GVHD: Th.s Nguy n Văn ồi TK MBA d’ :đường kính dấy quấn cao áp có bọc cách điện : Mật độ dòng điện dây quấn Với : J2 = 3,42 ( A/ mm2 ); d = 1,32 mm ; d’ = 1,405 mm (3,42)2 (0,132)2 10−2 ⇒ P = 1,68 (0,1405 + 0,036).0,1405 = 0,138 ( W/ cm ) 3) Nhiệt dẫn suất chất cách điện : λcđ = λ2 = 0,0017 ( W/ cm 0C ) 4) Nhiệt dẫn suất bình quân quy ước cuộn dây : λ2 λ = 0,7.α 0,55 ( W/ cm C ) (TL1 ) Trong : α=d'− dd với : d = 0,244 cm ; d’ = 0,294 cm ⇒α = Nhóm in 1_ K1 HaUI 0,294 − 0,244 = 0,2 0,244 Xuanhiep2509@gmail.com 93 1/2010 GVHD: Th.s Nguy n Văn ồi ⇒ TK MBA λ = 0,7.(0,2) 0,0017 0,55 = 0,0058 ( W/ cm 0C ) 5) Nhiệt dẫn suất trung bình cuộn dây : ' λtb = λ.λ2 (d + δ ) ( W/ cm 0C ) (TL1 ) λ.δ + d ' λ2 Với : d = 0,244 cm ; d’ = 0,296 cm ; λ2 = 0,0017 ( W/ cm 0C ) ; δ2 = 0,036 cm ; ⇒ λtb =0,0058.0,0017(0.294 + 0,036) = 0,0046 ( W/ cm 0C ) 0,0058.0,036 + 0,294.0,0017 6) Độ tăng nhiệt lòng cuộn dây so với mặt cuộn dây : P.a θ02 = tb (C) ( TL1 ) λ Trong : a : bề dày lớp dây quấn Nhóm in 1_ K1 HaUI Xuanhiep2509@gmail.com 94 1/2010 GVHD: Th.s Nguy n Văn ồi TK MBA Với : Lớp có 10 lớp , đøng kính d = 0,33 cm Lớp có lớp, đường kính d = 0,294 cm ⇒ a = 10.0,33 + 4.0,294 + 13.0,036 = 4,94 cm θ 02 = 0,11.(4,94) 8.0.0046 = 73 0C Độ tăng nhiệt trung bình : θ 02 = θ 02 = 73 = 48,6 0C 3 ( 6-9 TL1 ) Độ tăng nhiệt trung bình : 2 θ 02 = θ 02 = 66.3 = 44,2 C Nhóm in 1_ K1 HaUI Xuanhiep2509@gmail.com 95 1/2010 GVHD: Th.s Nguy n Văn ồi CHƯƠNG VIII : TK MBA ĐỘ AN TOÀN VÀ TÍNH KINH TẾ A-Độ an toàn : I-An toàn xuất xưởng : - Trong nghành điện nói chung độ an toàn quan trọng việc thiết kế chế tạo máy biến áp nói riêng - Máy biến áp sau tính toán, thiết kế chế tạo xong sau xuất xưởng phải đảm bảo đầy đủ kỹ thuật tính làm việc theo tiêu chuẩn đònh phải qua khâu kiểm nghiệm + Kiểm tra tỷ số biến áp + Thử độ bền cách điện điện áp thử nghiệm UTN = 2xU + 10 + Kiểm tra nhóm đấu dây + Đo điện trở cách điện + Thử cách điện theo điện áp xung kích + Thử độ nóng + Thử độ ổn đònh ngắn mạch + Đo tổn hao không tỉa vả ngắn mạch + Kiểm tra vỏ máy tăng áp suất bên - Sau đảm bảo độ an toàn ( qua khâu thử nghiệm ) đưa vào vận hành Nhóm in 1_ K1 HaUI Xuanhiep2509@gmail.com 96 1/2010 GVHD: Th.s Nguy n Văn ồi TK MBA II-An toàn vận hành : - Trong trình vận hành phải giảm tối thiểu cốn xảy - Để giảm cố xảy vận hành cần lưu ý điều sau : + Nối đất vỏ thùng phải đảm bảo an toàn + Vận hành thông số ghi nhãn + Không làm việc tải đònh mức + Vò trí đặt máy phải thoáng mát an toàn + Kiểm tra dầu máy thường xuyên va 2lau chùi sứ cách điện theo đònh kỳ + Đảm bảo an toàn ( máy cắt ) có cố tăng áp suất độ ngột, hoả hoạt + Kim mức dầu phải hoạt động tốt để tránh cố tăng áp suất dầu máy nóng nổ máy biến áp B.Tính kinh tế : - Trong việc thiết kế đảm bảo tiêu chuẩn quy đònh máy biến áp việc xuất xưởng máy biến áp, máy biến áp phải có giá thành giảm tối thiểu thu hút khách hàng cạnh tranh thò trường vơi sở sản xuất khác - Giá thành sản phẩm sau xuất xưởng phản náh lên hiệu sản xuất nhà máy sản xuất - Do để giảm chi phí đáng kể việc tính toán toàn khối lượng vật liệu chế tạo máy biến áp, v.v… Nhóm in 1_ K1 HaUI Xuanhiep2509@gmail.com 97 1/2010 GVHD: Th.s Nguy n Văn ồi TK MBA I-Xác đònh toàn trọng lượng máy biến áp : 1) Xác đònh trọng lượng dây quấn : Gdq = Gcu1 + Gcu2 + Gr1 + Gr2 ( kg ) Trong : Gcu1 = 144 kg ; trọng lượng đồng dây quấn hạ áp Gcu2 = 195 kg ; trọng lượng đồng dây quấn cao áp Gr1 =7 kg ; trọng lượng đồnh dây dẫn hạ áp Gr2 = 0,08 kg; trọng lượng đồnh dây dẫn cao áp ⇒ Gdq = 144 + 195 + + 0,08 = 346,08 kg 2) Trọng lượng lõi thép : Glõi = GT + Gg ( kg ) Trong : GT = 474( kg ); trọng lượmg thép lõi Gg = 610 ( kg ); trọng lượng thép gông ⇒ Nhóm in 1_ K1 HaUI Glõi = 474 + 610 = 1084 ( kg ) Xuanhiep2509@gmail.com 98 1/2010 GVHD: Th.s Nguy n Văn ồi TK MBA 3) Trọng lượng thép làm đáy thùng : G đt = ( A − B).B + π B Fe 10−3 + G γ σ Fe ( kg ) td Trong : σFe = 0,5 cm ; Bề dày thép làm đáy thùng γFe = 7,65 (Kg/ cm3 ); Trọng lượng riêng thép Gtđ = 11 ( kg ); trọng lượng đỡ ⇒ Gđt = (161 − 66,5).66,5 + π (66,5) 0,5.7,65.10− + 11 = 48,18 ( kg ) 4) Trọng lượng nắp thùng : G nt = ( A − B).B + π B2 σ 10−3 ( kg ) γ nt Fe Trong : σnt = 0,4 cm; bề dày thép làm nắp thùng Nhóm in 1_ K1 HaUI Xuanhiep2509@gmail.com 99 1/2010 GVHD: Th.s Nguy n Văn ồi ⇒ G nt TK MBA = (161− 66,5).66,5 + π (66,5)2 0,4.7,65.10−3 = 29,8 ( kg ) 5) Trọng lượng thép làm thân thùng : Gtt = [2.( A − B) + π B].H σ tt γ Fe 10−3 ( kg ) Trong : σtt = 0,4 cm ; Bề dày thép làm thân thùng γFe = 7,65 (Kg/ cm3 ); Trọng lượng riêng thép ⇒ Gtt = [2(161 − 66,5) + π 66,5].161.0,4.7,65.10−3 = 195 ( kg ) 6) Trọng lượng thép làm vỏ thùng : Gvt = Gđt + Gnt + Gtt ( kg ) = 48,18 + 29,8 + 195 ≈ 273 kg 7) Trọng lượng làm mát : Glm = Gto + Gct ( kg ) Trong : Nhóm in 1_ K1 HaUI Xuanhiep2509@gmail.com 100 1/2010 GVHD: Th.s Nguy n Văn ồi TK MBA Gto : trọng lượng thép làm ống tản nhiệt Gct : trọng lượng thép làm cánh tản nhiệt a) Trọng lượng thép làm ống tản nhiệt : Gto = n1.a.π.∅.σ0.γFe.10-3 ( kg ) Trong : a = 30cm ; chiều dài ống góp n1 = 12 ; số lượng ống góp ∅ = 10 cm ; đường kính ống σ0 = 0,2 cm ; bề dày thép làm ống γFe = 7,65 ( kg/cm3 );trọng lượng riêng thép ⇒ Gto = 12.30.π.10.0,2.7,65.10-3 =17,3 kg b) Trọng lượng thép làm cánh tản nhiệt : Gct = n2.n’2.S.σc γFe.10-3 ( kg ) Trong : n2 = 24 ;số cánh tản nhiệt n’2 = ;số dãy σc = 0,1 cm; bề dày cánh tản nhiệt Nhóm in 1_ K1 HaUI Xuanhiep2509@gmail.com 101 1/2010 GVHD: Th.s Nguy n Văn ồi TK MBA S = 0,37 m2 ; diện tích cánh tản nhiệt γFe = 7,65 ( kg/cm3 );trọng lượng riêng thép ⇒ Gct = 24.2.3700.0,1.7,65.10 -3 = 135,2 kg c) Trọng lượng làm mát : Glm = Gto + Gct ( kg ) = 17,3 + 135,2 = 152,5 ( kg ) 8) Khối lượng cách điện : Các vật liệu cách điện gồm :giấy, gỗ, vải, bìa, v.v … Theo công thức kinh nghiệm : Gcđ = 5%.Gdq = 5%.346,08 = 17,304 kg với : Gdq = 346,08 kg; trọng lượng dây quấn 9) Trọng lượng ruột máy : Gr = 1,2.( Gdq + G ) ( kg ) Trong : Gdq = 346,08 kg; trọng lượng dây quấn Nhóm in 1_ K1 HaUI Xuanhiep2509@gmail.com 102 1/2010 GVHD: Th.s Nguy n Văn ồi TK MBA G = 1084 kg; trọng lượng toàn lõi thép ⇒ Gr = 1,2.( 346,08 + 1084 ) = 1716,1 kg 10) Trọng lượng toàn máy biến áp : GMBA = k.( GFe + Gvt + Gcđ + Gdq + Glm ) ( kg ) Trong : k = 1,01 ; hệ số kể đến trọng lượng phụ máy biến áp ⇒ GMBA = 1,01.( 1084 + 272,5 +152,2 + 43,2 + 346,08 ) = 1917 ( kg ) C ánh giá chung : - Để đánh giá giá thành máy biến áp sau xuất xưởng người ta xét yếu tố sau : kết cấu máy biến áp, giá thành vật liệu, giá thuê công nhân, v.v… - Sau tham khảo giá thò trường ta có bảng số liệu sau : Nhóm in 1_ K1 HaUI Xuanhiep2509@gmail.com 103 1/2010 GVHD: Th.s Nguy n Văn ồi TK MBA BẢNG TỔNG GIÁ THÀNH SẢN XUẤT Stt Tên vật liệu Khối lượng ( kg ) Đơn vò Đơn giá Thành tiền (ĐVN) (ĐVN) Tôn Silic 1084 Kg 39000 42276000 Dây đồng hạ áp 144 Kg 65000 9360000 Dây đồng cao áp 195 Kg 70000 13650000 Sứ hạ áp Cái 40000 160000 Sứ cao áp Cái 120000 360000 Thép làm vỏ thùng 272,5 Kg 15000 4087500 Tổng 69893500 Tổng chi phí sản xuất cho máy biến áp : C = CVL + CCN + CP ( ĐVN ) C = CVL + CCN + CP ( ĐVN ) Trong : CVL = 69893500 ( ĐVN ); Tổng chi phí vật liệu CCN = 10%CVL = 10%.69893500 = 6989350 ( ĐVN ) ; Chi phí tiền Nhóm in 1_ K1 HaUI thuê công nhân 104 Xuanhiep2509@gmail.com 1/2010 GVHD: Th.s Nguy n Văn ồi TK MBA CP = 5%CVL = 5%.69893500 = 3494675 ( ĐVN ) ; Chi phí vật liệu phụ Tổng chi phí sản xuất cho máy biến áp : C = 69893500 + 6989350 + 3494675 (VNĐ) = 80377525 (ĐVN ) Giá trung bình cho 1KVA : C1KVA = Nhóm in 1_ K1 HaUI 80377525 250 = 321510 (VNĐ ) Xuanhiep2509@gmail.com 105