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

Do yêu cu v m& rng thang công sut, in áp và nâng cao ch t l ng in năng cũng như tính năng ca máy bi n áp nhiu tiêu chu n mi ca máy bi... t cácu dây d"n ra ni vi các sµ xuyên hoc giá... n

1/2010 GVHD: Th.s Nguy n Văn oài TK MBA

Nhóm 3 in 1_ K1 HaUI Xuanhiep2509@gmail.com 1

1/2010 GVHD: Th.s Nguy n Văn oài TK MBA

M c l c

Ch ương 1: T ng Quan V

Máy Bi n Áp 7

I.Khái Ni m. 7

II Tiêu chu n trong vi c ch t o máy bi n áp. 7

III Ch n v t li u trong vi c thi t k ch t o máy bi n áp. 8

IV Ch n k t c u chính cho máy bi n áp. 9

1.Lõi thép và k t c u: 9

2 Dây qu n 12

3 H th ng làm mát. 13

V M c ích, nhi m v và yêu c u thi t k 13

1.Nhi m v k ĩ thu t: 13

2.Tính toán i n t : 13

3 Thi t k thi công. 13

CH ƯƠNG 2 TÍNH TOÁN KÍCH THƯ C CH Y U C A MÁY BI N ÁP 15

I Các thông sk ĩ thu t ban u 15

II Ý ngh ĩa các thông s 15

1/T n hao ng n m ch P n 15

2/T n hao không t i P o 15

3/ i n áp ng n m ch U n 16

4/ Dòng i n không t i I o 16

III Tính toán các tr s nh m c 17

1 Công su t m i pha máy bi n áp ba pha. 17

2 Công su t m i tr MBA. 17

3 Các dòng i n nh m c. 17

4 i n áp pha. 17

5 i n áp th nghi m dây qu n : 17

6 Ki u dây qu n. 17

Nhóm 3 in 1_ K1 HaUI Xuanhiep2509@gmail.com 2

1/2010 GVHD: Th.s Nguy n Văn ồi TK MBA

IV Ch n v t li u tác d ng . 17

1 Ch n v t li u d n i n . 18

2 Ch n v t li u d n t 18

V Ch n k t c u m ch t 18

1 Ch n d ng m ch t 18

2 c i m t ng lo i 18

3 Ch n ti t di n tr thép 21

4 Ghép tr và gơng . 21

5 Cách phân b cu n dây MBA theo hình dáng m ch t 22

VI Xác nh hình dáng ch y u MBA . 23

1 Ch n thơng s cơ b n cho máy bi n áp 23

2 Ch n h s hình dáng β. 25

CHƯƠNG 3 : TÍNH TỐN IÊN T . 41

Tính tốn dây qu n MBA : 41

I-Yêu cầu chung đối với dây quấn : 41

1.Về mặt điện : 41

2.Về mặt cơ học : 41

3.Về mặt chịu nhiệt : 41

II- Tính toán dây quấn hạ áp : 42

1.Số vòng dây một pha của dây quấn hạ áp : 42

2.Điện áp thực của mỗi vòng dây : 42

3.Tiết diện dây dẫn sơ bộ hạ áp : 42

4.Cường độ từ cảm thực trong trụ sắt : 43

III-Tính toán dây quấn cao áp : 48

1.Xác định số vòng dây của dây quấn cao áp ứng với điện áp định mức 48

Ta có : 48

2.Số vòng dây của một cấp điều chỉnh điện áp : 48

3.Mật độ dòng điện sơ bộ : 49

4.Chiều dày cách điện giữa các lớp : 52

5.Xác định kích thước ống cách điện giữa cao áp và hạ áp : 52

Nhóm 3 in 1_ K1 HaUI Xuanhiep2509@gmail.com 3

1/2010 GVHD: Th.s Nguy n Văn ồi TK MBA

6.Bề dày cuộn dây cao áp : 54

7.Đường kính trong của dây quấn cao áp : 55

8.Đường kính ngoài của dây cao áp : 55

9 Khoảng cách giữa hai trụ cạnh nhau : 55

10 Bề mặt làm lạnh dây quấn cao áp : 56

CHƯƠNG 4 : TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH 57

I-Xác định tổn hao ngắn mạch : 57

1.Trọng lượng đồng của cuộn dây quấn hạ áp : 57

2.Trọng lượng đồng dây quấn cao áp : 57

3.Trọng lượmg đồng của hai dây quấn cao áp và hạ áp : 58

4.Tổn hao đồng : 58

II-Xác định 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 ra : 61

IV- Tổn hao trong vách thùng và các chi tiết kim loại khác : 64

V-Xác định điện áp ngắn mạch : 65

VI-Tính lực cơ học của dây quấn máy biến áp : 67

CHƯƠNG 5 : TÍNH TOÁN CUỐI CÙNG HỆ THỐNG MẠCH TỪ VÀ HỆ SỐ KHÔNG TẢI CỦA MÁY BIẾN ÁP 77

I-Xác định kích thước cụ thể của lõi sắt : 77

II-Tính toán tham số không tải của máy biến áp : 85

III-Hiệu suất máy biến áp : 88

CHƯƠNG 6 : TÍNH TOÁN NHIỆT CỦA MÁY BIẾN ÁP 89

Tính toán nhiệt qua từng phần : 89

I-Tính toán nhiệt của dây quấn hạ áp : 89

II-Tính toán nhiệt dây quấn cao áp : 91

CHƯƠNG 7 : ĐỘ AN TOÀN VÀ TÍNH KINH TẾ 96

A-Độ an toàn : 96

I-An toàn khi xuất xưởng : 96

Nhóm 3 in 1_ K1 HaUI Xuanhiep2509@gmail.com 4

1/2010 GVHD: Th.s Nguy n Văn ồi TK MBA

II-An toàn khi vận hành : 97

B.Tính kinh tế : 97

I-Xác định toàn bộ trọng lượng của máy biến áp : 98

C ánh giá chung : 103

Nhóm 3 in 1_ K1 HaUI Xuanhiep2509@gmail.com 5

1/2010 GVHD: Th.s Nguy n Văn oài TK MBA

1 tài : Thi t k máy bi n áp không khí

Dung l ng máy bi

n áp Tn hao không t i

Sơ

u dây in áp ng

n m¤ch Tn hao ng

n m¤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

Nhóm 3 in 1_ K1 HaUI Xuanhiep2509@gmail.com 6

1/2010 GVHD: Th.s Nguy n Văn oài TK MBA

Chương 1: T ng Quan V! Máy Bi n Áp

t( m¤ch t), dây qu

n , h thng làm mát và v máy

II Tiêu chu n trong vi c ch t o máy bi n áp.

Mt trong nh ng nhim v- ca ngành thi

n m¤ch… Do yêu cu v m& rng thang công su

t,

in áp và nâng cao ch

t l ng

in năng cũng như tính năng ca máy bi

n áp nhiu tiêu chu n mi ca máy bi

Nhóm 3 in 1_ K1 HaUI Xuanhiep2509@gmail.com 7

1/2010 GVHD: Th.s Nguy n Văn oài TK MBA

III Ch n v t li u trong vi c thi t k ch t o máy bi n áp.

Vic chn l$a vt liu thi

t k máy bi

n áp nh§m m-c ích c i thin các

n áp là tôn silic Lõi thép máy bi

c bit là chiu cao gi m

áng k thun tin cho di chuyn l

ng và nhôm, mc dù nhôm có nh ng ưu

bn cơ và tính ch#u nhit cũng tt hơn gi

y cáp tuy nhiên giá thành cao hơn

Nhóm 3 in 1_ K1 HaUI Xuanhiep2509@gmail.com 8

1/2010 GVHD: Th.s Nguy n Văn oài TK MBA

IV Ch n k t c u chính cho máy bi n áp.

MBA g

m nh ng b phn chính sau: lõi thép( m¤ch t), dây qu

t các

u dây d"n ra ni vi các sµ xuyên hoc giá n

p máy:

Hình 1 M¤ch t MBA

Lõi s

t g

m hai phn : Tr- T và Gông GTr- là phn lõi s

t có l

ng dây qu

n , gông là phn lõi s

t không l

ng dây qu

n dùng

khép kín m¤ch t giưa các m¤ch t vi nhau

Th !ng phân lõi s

t theo s$ s

p x

p tương

i gi a tr- gông và dâyqu

n

Nhóm 3 in 1_ K1 HaUI Xuanhiep2509@gmail.com 9

1/2010 GVHD: Th.s Nguy n Văn oài TK MBA

a/Lõi s t ki u tr : (

ây dây qu

n ôm l

y tr- s

t Gông t không bao l

y mt ngoài ca dây qu

n Tr- s

t th !ng µng, ti

t din g

m nhiu bc thang nên

1/2010 GVHD: Th.s Nguy n Văn oài TK MBA

b/Lõi s t ki u b c: Gông tr- bc ngoài dây qu

t trung gian gi a kiu tr- và kiu bc gi là tr bc.

c/Theo phương pháp ghép tr- và gông có th chia lõi s

t thành 2 kiu: Lõi ghép ni và ghép ni xen k.+ Ghép ni: Gông và tr- ghép riêng r

Nhóm 3 in 1_ K1 HaUI Xuanhiep2509@gmail.com 11

1/2010 GVHD: Th.s Nguy n Văn oài TK MBA

Hình 4 Ghép n i

+ Ghép xen k : tng lá thép ca tr- và gông

c ghép xen k theo v# trí 1 và 2 sau

ó dung bu lông hoc xà ép b

t cht l¤i Phương pháp này d ch t¤o, k

t c

u v ng ch

c, ít tn hao nên th !ng dùng.

2 Dây qu n

Dây qu

n MBA là b phn thu nhân năng l ng vào và truyn t i năng l ng

i Trong MBA hai dây qu

n cun cao áp ni vi

in áp cao, cun h¤ áp ni vi

in áp th

p Theo phương pháp b trí dây qu

n ng !i ta chia thành hai kiu dây qu

n chính: lo¤i

ng tâm và xen ka/ Lo¤i

ng tâm: Dây qu

n cao áp và h¤ áp là nh ng hình ng

t

ng tâm vi nhau th !ng thì có chiu cao b§ng nhau Khi b trí dây thì cun h¤ áp

t trong cùng cun cao áp

Hình 6 a) dây qu n ng tâm

b)dây qu n xen k

1/2010 GVHD: Th.s Nguy n Văn oài TK MBA

Khi MBA làm vic , lõi s

V M c ích, nhi m v và yêu c u thi t k

Nhim v- chung ca ng !i thi

1/2010 GVHD: Th.s Nguy n Văn oài TK MBA

+ Xác

#nh các thành phn ca

in áp ng

n m¤ch b/Tính toán kích th c ch y

u:

và kích th c lõi s

t c m lõi s

n m¤ch

+ Xác

#nh tn hao ng

n m¤ch

in áp ng

n m¤ch

+ Tính toán l$c cơ ca dây qu

n khi MBA bi ng

n m¤ch e/ Tính toán v m¤ch t tham s không t i

p, qu¤t gió…………

Nhóm 3 in 1_ K1 HaUI Xuanhiep2509@gmail.com 14

1/2010 GVHD: Th.s Nguy n Văn oài TK MBA

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN KÍCH THƯ$C CH%

Vic thi

t k MBA luôn luôn

m b o bn thông s quan trng trong pham vi cho phép &

iu kin làm vic l i

in Vit Nam

Trong ph¤m vi cho phép vic thi

t k MBA các thông s kĩ thut theo tiêu chu)n Vit Nam( TCVN):

Theo TCVN ta thi

t k MBA không khí 3 pha có s liu ban

làm vic ngoài tr!i

1/T n hao ng &n m ch P n

P n là thông s tn hao ng

n m¤ch, dây qu

n thµ c

p n

ng tăng làm giá thành tăng.

1/2010 GVHD: Th.s Nguy n Văn oài TK MBA

c

p Tn hao trên lõi thép th !ng 0.1% - 0.2% ca tng công su

t MBA.G

m có

tn hao t tr Ph và tn hao t xoáy Px , trong

ó Ph t% l vi bình phương t tn s t hoá và bình phương c m µng t:

n m¤ch Inm nh nhưng trng l ng dây qu

n

ng tăng nên giá thành tăng.

- Khi Un% nh thì dòng ng

+ I0x là dòng t hoá lõi thép t¤o nên t thông cùng chiu vi t thông +I0r là

dòng t¤o nên tn hao s

t t ca lõi thép thông th !ng I0r =0.1*Io Thông th !ng I0= (0,005-0,1)

Idm

Nhóm 3 in 1_ K1 HaUI Xuanhiep2509@gmail.com 16

1/2010 GVHD: Th.s Nguy n Văn oài TK MBA

1 Công su t m (i pha máy bi n áp ba pha.

Sf = Sdm/mTrong

IV Ch n v t li u tác d ng.

Trong thi

t k

vi l$a chn vt liu tác d-ng cũng như vt liu cách

in vt liu dây d"n, vt liu k

1/2010 GVHD: Th.s Nguy n Văn oài TK MBA

Các vt liu dùng

* ch t¤o MBA g

m có:

in d"n t

ng hay nhôm dùng làm dây qu

ng vì

t gông t ch% giáp phía trên và phía d i dây qu

n Hình dáng kích th c dây qu

n ph- thuc ch

Nhóm 3 in 1_ K1 HaUI Xuanhiep2509@gmail.com 18

1/2010 GVHD: Th.s Nguy n Văn oài TK MBA

y

u vào hình dáng dây qu

in ng

o Lo¤i 3 tr- :lo¤i này ch

t¤o d , tn it thép s+ d-ng rng dãi vi máy công su

t nh

↓

Hình 8 Lo¤i m¤ch t 3

tr-Nhóm 3 in 1_ K1 HaUI Xuanhiep2509@gmail.com 19

1/2010 GVHD: Th.s Nguy n Văn oài TK MBA

c chiu cao, µng d-ng vi các máy bi

1/2010 GVHD: Th.s Nguy n Văn oài TK MBA

Nh c

im: Chiu cao m¤ch t ln khó di chuyn, ch#u l$c kém

V i tài thi t k này ta ch n m ch tba pha ki u tr lo i ba tr

t cht b§ng c vít hoc xà ép

450

Hình 12 Mi ni tù ca thép cán l¤nh

Nhóm 3 in 1_ K1 HaUI Xuanhiep2509@gmail.com 21

1/2010 GVHD: Th.s Nguy n Văn oài TK MBA

5 Cách phân b cu -n dây MBA theo hình dáng m ch t

Trong quá trình thi

t k máy bi

n áp ta có th b trí cung dây theo hai lo¤i như sau:

ng tr-c

ng tr-c phân tán,

ng tr-c: Dây HA

ng tr-c tng vòng liên t-c, dây cao th

phân thành bánh dây, & giưa có khe h& làm mát

vn nn

Hình 13 Dây qu

n

ng tr-c): dùng

in áp ng

1/2010 GVHD: Th.s Nguy n Văn oài TK MBA

#nh tham s tình kích th c ch y

u o Ta có:

= k.4 S ' P = 0.64 83,33 =

1.813 3

n m¤ch tác d-ng :

1/2010 GVHD: Th.s Nguy n Văn oài TK MBA

Unr= P n = 2750 = 1.1%

10S 10 × 250

P

in áp ng

o Tn hao t hoá trong tr- và gông: qt= 1.956 VA/kg, qg= 1.575w/kg.

o Tn hao t hoá trong khe h& vuông góc và khe h& chéo:

qk’’=0.61VA/cm2, qk’=0.0956VA/cm2

Nhóm 3 in 1_ K1 HaUI Xuanhiep2509@gmail.com 24

1/2010 GVHD: Th.s Nguy n Văn oài TK MBA

x B 2 K2

t l

Trong ó:

o β= d12 π : h s hình dáng, có giá tr# t 1

n 3,5 nh h &ng

n c

Nhóm 3 in 1_ K1 HaUI Xuanhiep2509@gmail.com 25

1/2010 GVHD: Th.s Nguy n Văn oài TK MBA

d12 = d + 2a01 +2a1 + a12 = d + 2.1,5 +

2.1,8+2,7= = d + 9,3 = 14,5X + 9,3Với :

Nhóm 3 in 1_ K1 HaUI Xuanhiep2509@gmail.com 26

1/2010 GVHD: Th.s Nguy n Văn oài TK MBA

Nhóm 3 in 1_ K1 HaUI Xuanhiep2509@gmail.com 27

1/2010 GVHD: Th.s Nguy n Văn oài TK MBA

⇒ G g = 2.1,02.π (20.4X )2 .0,869.7,65[ ( 3 –1)( 20X + 18,3 ) ]10-3

= 2.1,02.π (20.4X )2 0,869.7,65.( 40X + 36,6 )10-3

= 170,33X3 + 155,85X2

Nhóm 3 in 1_ K1 HaUI Xuanhiep2509@gmail.com 28

1/2010 GVHD: Th.s Nguy n Văn ồi TK MBA

a) Trọng lượng toàn bộ lõi thép :

pg = 1,256 ( W/Kg ): Suất tổn hao trong gông

⇒ P0 = 1,25 (1,353.GT + 1,256.Gg )

= 1,69.GT + 1,57Gg

c) Dòng không tải :

Dòng kgông tải được định nghĩa :

Nhóm 3 in 1_ K1 HaUI Xuanhiep2509@gmail.com 29

1/2010 GVHD: Th.s Nguy n Văn ồi TK MBA

I0 = iox = Q0 =

Kf0 (q T G T + q G G G ) (%).

Trong đó :

toàn ủ lại lá tôn cũng như sự uốn nắn và ép lõi thép

K’f0 = K’’f = 1,2 ÷ 1,25 ( chọn K’’f = 1,2 )Theo bảng 50 – TL1 :

q T = 1,958 ( VA/Kg ) : Suất tổn hao trong trụ q G

= 1,575 ( VA/Kg ) : suất tổn hao trong gông.

⇒ Dòng không tải :

I0 = 1,2 ( 1,958.GT + 1,575.GG ) 10-3 ( %)

= ( 2,3496GT + 1,89.GG ) 10-3 (%)

1) Xác định trọng lượng đồng toàn bộ :

a) Xác định khối lượng dây quấn :

Ta có :

Nhóm 3 in 1_ K1 HaUI Xuanhiep2509@gmail.com 30

1/2010 GVHD: Th.s Nguy n Văn oài TK MBA

K 2 Gdq = Pđ = Kf Pnm ( 2-52 TL1)

⇒ Gdq = K f P nm

K 2

Trong đó :

K = 2,4 : Với dây quấn bằng đồng

Kf = 0,9 : Hệ số tổn hao phụ trong dây quấn

Nhóm 3 in 1_ K1 HaUI Xuanhiep2509@gmail.com 31

1/2010 GVHD: Th.s Nguy n Văn oài TK MBA

b) Xác định trọng lượng đồng

toàn bộ : Ta có :

Gcu = Kcd.Kdc.Gdq

Trong đó :

K cd = 1,03 : hệ số kể thêm phần cách điện của dây quấn.

K cd = 1,03 : hệ số kể thêm phần dây dẫn ra để điều chỉnh điện áp

⇒ Gcu = ( 1,03 )2.(139 12 + 178. 13 + 57. 14 )

Nhóm 3 in 1_ K1 HaUI Xuanhiep2509@gmail.com 32

1/2010 GVHD: Th.s Nguy n Văn ồi TK MBA

Cakt : là hệ số đánh về giá thành , vật tư cho chi phí sản xuất

a) Aûnh hưởng của hệ số dạng β :

Việc chọn lựa hình dáng máy biến áp phụ thuộc vào hệ số hình dạng β Trị số β thường biến thiên trong phạm vi rất rộng nằm trong khoảng từ

1 ÷ 3,5 và nó ảnh hưởng rất rõ tới đặc tính kỹ thuật và kinh tế của máy biến áp

+ β nhỏ : Máy biến áp gầy và cao : sắt ít , đồng nhiều, …+ β lớn : Máy biến áp thấp và béo : Sắt tăng , đồng giảm ,…

Đối với máy biến áp thường thì trị số β nằm trong khoảng từ 0,9 ÷ 2,1

1/2010 GVHD: Th.s Nguy n Văn ồi TK MBA

BẢNG GIÁ TRỊ CÁC THÔNG SỐ ĐƯỢC TÍNH THEO HỆ DẠNG β :

Thay các giá trị của β vào các biểu thức : X, d, GT, Gg, G, P0,

I0, , G0, Gcu, Cakt được trình bày ở trên, ta được bảng giá sau :

Nhóm 3 in 1_ K1 HaUI Xuanhiep2509@gmail.com 34

1/2010 GVHD: Th.s Nguy n Văn ồi TK MBA

b) Chọn hệ số hình dáng β :

Từ bảng giá trị của hệ số dạng β, ứng với đường kính trụ đã chọn theo bảng (đã trình bày ở phần trên ), ta chọn β =1,6

• Đường kính trụ : d = 16,24 cm

Chọn đường kính tiêu chuẩn gấn nhất Ta chọn đường kính trụ : d = 17 cm.

• Đường kímh trung bình của rãnh dầu giữa các cuộn

Nhóm 3 in 1_ K1 HaUI Xuanhiep2509@gmail.com 35

1/2010 GVHD: Th.s Nguy n Văn oài TK MBA

• Điện áp của mỗi vòng dây :

Nhóm 3 in 1_ K1 HaUI Xuanhiep2509@gmail.com 36

1/2010 GVHD: Th.s Nguy n Văn oài TK MBA

Nhóm 3 in 1_ K1 HaUI Xuanhiep2509@gmail.com 37

1/2010 GVHD: Th.s Nguy n Văn ồi TK MBA

I 0 (%)

2,65

1,6 1,52 1,48 1,41 1,36 1,31 1,27

Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa I0 = f (β)

Nhóm 3 in 1_ K1 HaUI Xuanhiep2509@gmail.com 38

1/2010 GVHD: Th.s Nguy n Văn ồi TK MBA

J ( A/mm2)

3,56

2,2 2,1 2,03 1,94 1,84 1,8 1,65

Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa J =f (β )

Nhóm 3 in 1_ K1 HaUI Xuanhiep2509@gmail.com 39

1/2010 GVHD: Th.s Nguy n Văn ồi TK MBA

C akt ( Triệu đồng)

Nhóm 3 in 1_ K1 HaUI Xuanhiep2509@gmail.com 40

1/2010 GVHD: Th.s Nguy n Văn ồi TK MBA

CHƯƠNG IV : TÍNH TOÁN ĐIỆN TỪ

A-TÍNH TOÁN DÂY QUẤN MÁY BIẾN :

I-Yêu cầu chung đối với dây quấn :

1.Về mặt điện :

+ Chịu được điện áp bình thường và quá điện áp do ngắtmạch trong lưới hay do sét đánh gây nên

+ Cách điện tốt giữa các dây quấn với nhau , giữa dây quấn và vỏ máy, giữa các vòng dây , lớp dây hay giữa các bánh dây của từng dây quấn

2.Về mặt cơ học :

+ Dây quấn không bị biến dạng hoặc hư hỏng dưới tác dụng của lực cơ học do sự cố hay dòng điện ngắn mạch gây nên

3.Về mặt chịu nhiệt :Khi vận hành bình thường cũng như trong trường hợp ngắn mạch ở một thời gian nhất định dây quấn không được có nhiệt độ cao quá.

Nhóm 3 in 1_ K1 HaUI Xuanhiep2509@gmail.com 41

1/2010 GVHD: Th.s Nguy n Văn ồi TK MBA

II- Tính toán dây quấn hạ áp : 1.Số vòng dây một pha của dây quấn hạ áp :

W1=U f 1 = 231

U v 6,7 = 34,477 ≈ 35 vòng

Với :

Uf1 = 231 V : điện áp dây quấn hạ áp trên một trụ

2.Điện áp thực của mỗi vòng dây :

Uv = U f 1 =231

= 6,6 (V/vòng)

W1 353.Tiết diện dây dẫn sơ bộ hạ áp :

T1 = J tb= 3,5 = 103,1 ( mm )Trong đó :

J tb = 3,5 ( A/mm2 ) : mật độ dòng điện trung bình