Thiết kế máy biến áp dầu 3 pha

Đồ án môn học thiết kế máy biến áp dầu pha GVHD-ThS Bùi Tấn Lợi Chương I: NHIỆM VỤ THIẾT KẾ Thiết kế máy biến áp dầu điện lực ba pha, hai dây quấn (cao áp hạ áp) với số liệu ban đầu sau: Tổng dung lượng máy biến áp Sđm = 630 kVA; Số pha máy biến áp m = 3; Tần số định mức f = 50 Hz; Điện áp dây định mức: U1/U2 = 22/0,4KV; So đồ nối dây Y/Y0-12 Máy biến áp làm mát dầu Máy biến áp làm việc dài hạn, thiết kế lắp đặt nhà trời Tổn hao không tải P0 = 1150 W ; tổn hao ngắn mạch Pn = 6040 W ; dòng điện không tải i0% = 1,4 ; điện áp ngắn mạch Un% = 4,5% Xác định đại lượng kích thước ; thiết kế dây quấn MBA ; tính tốn ngắn mạch ; tính tốn mạch từ ; tính tốn tổn hao hiệu suất Chương II TÍNH TỐN CÁC KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU I XÁC ĐỊNH CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐIỆN CƠ BẢN Dung lượng pha Sf = S dm 630 = = 210 (kVA) m Dung lượng trụ: S’ = S dm 630 = = 210 (kVA) t Dòng điện dây định mức: - Phía cao áp: I1 = S dm 10 - Phía hạ áp: I2 = S dm 10 3.U 1dm 3.U dm = 630 10 = 16,53 (A) 3.22.10 = 630.10 = 909,3(A) 0,4.10 3 Dòng điện pha định mức: Vì dây quấn nối Y/Y0 nên: If1 = I1 = 16,53 (A) If2 = I2 = 909,3 (A) Sinh Viên : Nguyễn Văn Nam - Lớp 31D2DE Trang Đồ án môn học thiết kế máy biến áp dầu pha GVHD-ThS Bùi Tấn Lợi Điện áp pha định mức: - Phía cao áp: Uf1 = - Phía hạ áp: U 1dm 22.10 = 12700 (V) = U 2dm 0,4.10 Uf2 = = = 230,94 (V) 3 Điện áp thử dây quấn: Để xác định khoảng cách cách điện dây quấn phần khác máy biến áp ta phải biết điện áp thử chúng Với dây quấn U 1đm = 22 kV U2đm= 0,4 kV ta trả bảng tài liệu hướng dẫn ta được: Với U1đm = 22 kV ta có Uth1= 55 kV Với U2đm = 0,4 kV ta có Uth2 = kV Các thành phần điện áp ngắn mạch Thành phần tác dụng điện áp ngắn mạch: Unr = Pn 6040 % = = 0,96 % 10.630 10.S Thành phần phản kháng điện áp ngắn mạch: Unx = U n2  U nr2 = 4,5  0,96 = 4,4 % II Chọn số liệu xuất phát tính tốn kích thước C C a1 a2 l0 a12 a22 a01 d d12 Các kích thước máy biến áp Sinh Viên : Nguyễn Văn Nam - Lớp 31D2DE l d đường kính trụ sắt l chiều cao dây quấn d12 đường kính trung bình hai dây quấn hay rãnh dầu hai dây quấn a1 bề rộng dây quấn cao áp a2 bề rộng dây quấn hạ áp l0 khoảng cách từ dây quấn đến gông a22 khoảng cách hai dây quấn cao áp quấn hai trụ a01 bề rộng rãnh dầu lõi thép cuôn hạ áp a12 khoảng cách cách điện dây quấn cao áp dây quấn hạ áp C khoảng cách hai trụ Trang Đồ án môn học thiết kế máy biến áp dầu pha GVHD-ThS Bùi Tấn Lợi Chiều rộng quy đổi rãnh từ tản dây quấn cao áp hạ áp: Với Uth1= 55 kV, theo bảng 19 TLHD ta có a12 = 20 mm, 12 = mm rãnh a12 đặt ống cách điện dày 12 = mm Theo bảng công thức (2-36) bảng 12 TLHD ta chọn k = 0,53 a1  a = k S ' 10-2 = 0,53 210 10-2 = 0,02018 (m) Chiều rộng quy đổi từ trường tản : ar = a12 + a1  a = 0,02 +0,02018 = 0,04018 (m) Hệ số quy đổi từ trường tản kr = 0,95 Ta chọn tôn cán lạnh mã hiệu 3404 có chiều dày 0,35 mm Theo bảng 11 tài liệu hướng dẫn, ta chọn từ cảm trụ Bt = 1,6 T, hệ số kg = 1,025 bảng số Cách ghép trụ: Theo bảng TLHD, ta chọn cách ghép trụ nêm dây quấn Cách ép gông: Ta chọn cách ép gông xà ép, bu lơng đặt phía ngồi gơng Chọn hệ số tăng cường gơng kg = 1,025 Sử dụng lõi thép có bốn mối ghép xiên bốn góc lõi, cịn ba mối nối dùng mối ghép thẳng tôn Theo bảng TLHD chọn số bậc thang trụ số bậc thang gông lấy nhỏ trụ bậc tức bậc, hệ số chêm kín kc = 0,928 Tra bảng 10 TLHD chọn hệ số điền dầy rãnh kđ = 0,97 Lớp Hệ số lợi dụng lõi sắt kld = kc.kđ = 0,928.0,97 = 0,9 Từ cảm gông : Bg = Bt 1,6 = =1,56 (T) kg 1,025 Từ cảm khe hở khơng khí mối nối thẳng : B’’k = Bt = 1,6 (T) Từ cảm khe hở khơng khí mối nối xiên : B’k = Bt = 1,6 = 1,13(T) Suất tổn hao sắt trụ gông, theo bảng 45 50 TLHD với tơn chọn có mã hiệu 3404 ta tra số liệu sau: Với Bt = 1,6 T tra pt = 1,295 (W/kg), qt = 1,775(VA/kg) Với Bg = 1,56T tra pg= 1,207 (W/kg), qg = 1,575(VA/kg) Sinh Viên : Nguyễn Văn Nam - Lớp 31D2DE Trang Đồ án môn học thiết kế máy biến áp dầu pha GVHD-ThS Bùi Tấn Lợi Suất từ hố khe khơng khí: Với B’’k = 1,6 (T) tra q’’k = 23500 VA/m2 Với B’k = 1,13 (T) tra dược q’k = 2000 VA/m2 Các khoảng cách cách điện chính: Chọn theo Uth1 = 55 kV cuộn sơ cấp ( cao áp ) Uth2 = kV cuộn thứ cấp (hạ áp) Tra bảng 18, 19 TLHD ta có số liệu sau : - Trụ dây quấn hạ áp a01 = mm - Dây quấn hạ áp cao áp a12 = 20 mm - Ống chách điện cao áp hạ áp 12 = mm - Dây quấn cao áp cao áp a22 = 20 mm - Tấm chắn pha  22 = mm - Khoảng cách dây quấn cao áp gông l0 = l01 = l02 = 50 mm - Phần đầu thừa ống cách điện lđ2 = 30 mm Các số a, b tính tốn lấy gần tra bảng 13, 14 TLHD: a= 2a d12 =1,36 b = = 0,40 d d Tra bảng 15 TLHD ta hệ số tính tốn tổn hao phụ dây quấn, dây dẫn vách thùng vài chi tiết kim loại khác dịng điện xốy gây nên, kf = 0,93; e = 0,405 hệ số qui đổi ½ tiết diện trụ hình thang hình chữ nhật, hệ số gia tăng tổn hao cơng suất góc nối kp0 =10,18, kdqCu = 2,46.10-2 Quan hệ đường kính trung bình d12 chiều cao l trụ sắt Trong thiết kế người ta dùng hệ số  để quan hệ chiều rộng chiều cao máy  = .d 12 ; l  thay đổi từ 1,2 đến 3,6 Sự lựa chọn hệ số  ảnh hưởng đến mối tương quan khối lượng vật liệu thép, dây đồng mà cịn ảnh hưởng đến thơng số kỹ thuật như: Tổn hao không tải, tổn hao ngắn mạch… Về mặt kinh tế: Nếu máy biến áp có cơng suất, điện áp, số liệu xuất phát, tham số kỹ thuật  nhỏ, máy biến áp “gầy” cao,  lớn máy biến áp “ béo” thấp với trị số khác tỷ lệ trọng lượng sắt Sinh Viên : Nguyễn Văn Nam - Lớp 31D2DE Trang Đồ án môn học thiết kế máy biến áp dầu pha GVHD-ThS Bùi Tấn Lợi trọng lượng đồng máy biến áp khác  nhỏ trọng lượng sắt ít, lượng đồng nhiều,  tăng lên lượng sắt tăng lên, lượng đồng nhỏ lại Đường kính lỏi thép: Theo công thức (2-37) TLHD d = A.x Trong x =4 A số A = 0,507 S ' ar kr f U nx Bt2 k12d Với: S’ = 210 (kVA) ar = 0,04018 (m) f = 50 Hz Unx = 4,4 % Bt = 1,6 (T) kr hệ số quy đổi từ Rogovski, chọn kr = 0,95 kld hệ số lợi dụng lỏi sắt tính trên: kld = 0,9 Từ ta có A = 0,507 210 0,04018 0,95 = 0,1846 50.4,4.1,6 2.0,9 Vậy d = A.x = 0,1864.x Trọng lượng tác dụng lỏi thép 9.1 Trọng lượng thép trụ: Gt = Với A1 + A2.x2 (theo CT 2-42 TLHD ) x A1 = 5,663.104.a A3.k1d Trong d12 = a.d  a = d12/d Với trị số hướng dẫn a = d12/d 1,40 dây quấn đồng, theo bảng 13 TLHD A1 = 5,663.104.1,40.0,18463.0,9 = 448,86 (kg) A2 = 3,605.104 A2.kld.l0 Sinh Viên : Nguyễn Văn Nam - Lớp 31D2DE Trang Đồ án môn học thiết kế máy biến áp dầu pha GVHD-ThS Bùi Tấn Lợi A2 = 3,605.104.0,9.0,18462.0,05 = 55,29 (kg) Vậy Gt = 448,86 + 55,29.x2 x 9.2 Trọng lượng thép gông Gg = B1.x3 + B2.x2 theo CT 2-48 TLHD Với a = 1,40; kg = 1,025 Trị số hướng dẫn b = 2a tra bảng 14-15 TLHD ta có b = 0,4 ; e = 0,405 d B1 = 2,4.104.kg.k1d.A3.(a+b+e) 0,405) = 307,18 (kg) = 2,4.104.1,025.0,9.0,18463.(1,4 + 0,40 + B2 = 2,4.104.kg.k1dA2.(a12 + a22) Với a12 = 0,02 m a22 = 0,02 m B2 = 2,4.104.1,025.0,9.0,18462.(0,02 + 0,02) = 30,19 (kg) Vậy Gg =307,18.x3 + 30,19.x2 Như trọng lượng lỏi thép (công thức 2-51): Gfe = Gt + Gg Gfe = A1 + (A2 +B2).x2 + B1.x3 x Gfe = 448,86 448,86 + (55,29 + 30,19)x2 + 307,18x3 = + 85,48x2 + 307,18x3 x x 10 Trọng lượng kim loại làm dây quấn Gdq = C1 x2 theo CT (2-55) TLHD Với C1 = Kdq S a k f k12d Bt2 U nr A2 (vì f = 50 Hz), Kdqcu = 2,46.10-2 kf hệ số tính tổn hao phụ dây quấn, đầu chi tiết kim loại khác dịng điện xốy gây nên Theo bảng 15 TLHD tra dược kf = 0,93 C1 = 2,46.10-2 630.1,4 = 481,94 (kg) 0,93.0,9 2.1,6 2.0,96.0,1846 Sinh Viên : Nguyễn Văn Nam - Lớp 31D2DE Trang Đồ án môn học thiết kế máy biến áp dầu pha Gdq = GVHD-ThS Bùi Tấn Lợi C1 481,94 = x x2 11 Xác định số biểu thức giá thành cực tiểu vật liệu tác dụng: B= B2  A 2 30,19  55,29 = = 0,1855 B1 307,18 3 C= A1 448,86 = = 0,487 3B1 3.307 ,18 D= 2.C1 2.481,94 kdqfe.k = 1,84.1,06 = 2,04 3.B1 3.307 ,18 Với kdqfe =1,84, tra bảng 16 TLHD k hệ số hiệu chỉnh trọng lượng dây quấn ( dây quấn có thêm sơn cách điện phần điều chỉnh điện áp cuộn cao áp) k=1,03.1,03 = 1,06 Ta có phương trình : x5 + Bx4 - Cx - D =  x5 + 0,1855x4 - 0,487x – 2,04 = Dùng phần mềm MATLAB để giải phương trình ta x = 1,1768.Từ ta có  = x4 = 1,9178 Chọn  = 1,9178 giá thành máy biến áp thiết kế nhỏ nhất, nghĩa phương án tối ưu măt kinh tế Nhưng ta cịn phải chọn phương án khơng tối ưu mặt kinh tế mà thoả mãn tiêu kỹ thuật giới hạn sai số cho phép Từ x = 1,1768 ta tính thơng số sau - Trọng lượng thép trụ: Gt = 448,86 448,86 + 55,29.x2 = + 55,29.1,17682 = 457,99 (kg) 1,1768 x - Trọng lượng thép gông: Gg = 307,18.x3 + 30,19.x2 = 307,18.1,17683 + 30,19.1,17682 = 542,42 (kg) - Trọng lượng lỏi thép: Gfe = Gt + Gg = 457,99 + 542,42 = 1000,41 (kg) - Trọng lượng dây quấn : Sinh Viên : Nguyễn Văn Nam - Lớp 31D2DE Trang Đồ án môn học thiết kế máy biến áp dầu pha Gdq = GVHD-ThS Bùi Tấn Lợi C1 481,94 = = 348(kg) x 1,1768 12 Kiểm tra sơ điều kiện phát nóng: Theo cơng thức (2-71) TLHD ta có: xmax  4,5 Với 2, 4.C1 = 4,5 k f Pn 2,4.481,94 = 2,04 0,93.6040 C1 = 481,94 (kg) kf = 0,93 Pn = 6040 (W) tổn hao ngắn mạch Từ ta có x = 1,1768 < xmax = 2,04 điều kiện phát nóng đảm bảo 13 Trọng lượng góc lõi: G0 = 0,486.104.kg.k1d.A3.x3 ( theo CT (2-66b) TLHD) G0 = 0,486.104 1,025.0,9.0,18463.1,17683 = 45,97(kg) 14 Tiết diện tác dụng trụ Theo cơng thức (2-68a) TLHD, ta có Tk =Tt = 0,785.k1d.A2.x2 = 0,785.0,9.0,18642.1,17692 = 0,033 (m2) 15 Tổn hao không tải Theo cơng thức (5-23) TLHD ta có: P0 = kpf pt.(Gt +G0 k p0 ) + kpf.pg[Gg - (N + 2).G0 + k p0 G ] Trong N số lượng góc mạch từ N = máy biến áp ba pha kpf hệ số tổn hao phụ, tra bảng 48 TLHD ta kpf = 1,13 kpo = kn.k’po+ kt.k’’po Với kn hệ số biểu thị số lượng góc có dạng mối nối nghiêng, kn = k’po, k’’po : Là hệ số gia tăng tổn hao góc nối góc mạch mạch từ Tra bảng 46a TLHD ta có: Sinh Viên : Nguyễn Văn Nam - Lớp 31D2DE Trang Đồ án môn học thiết kế máy biến áp dầu pha GVHD-ThS Bùi Tấn Lợi k’po = 1,32 k’’po = 1,96 kt hệ số biểu thị số lượng góc có dạng mối nối thẳng (kt = 2.1,25=2,5); kpo = 4.1,32+2,5.1,96 = 10,18 pt = 1,295(VA/kg), pg = 1,027(W/kg), G0 = 45,97(kg), Gg = 542,42(kg) ; Gt = 457,99(kg) Vậy P0= 1,13.1,295.(Gt +Go 10,18 10,18 ) + 1,13.1,207[Gg - (4 + 2)Go + Go ] = 2 = 1,463Gt + 1,364Gg + 6,207G0 = 1,463.457,99 + 1,364.542,42 + 6,207.45,97 = 1695,23 (W) 16 Công suất từ hố may biến áp Theo cơng thức (5-31) TLHD ta có Q0 = k’if k’’if.qt(Gt + k k k io Go) + k’if k’’if.qg [Gg + ig ir Go-(N+2)G0] + k’’if  qk.nk.Tk 2 Trong : k’if = kib.kic= 1,20 tơn lạnh có ủ sau cắt dập k’’if = kig.kie.kit = 1,06 tiết diện gơng nhiều bậc thép có ủ qt = 1,775(VA/kg), qg= 1,575 (VA/kg) suất từ hoá trụ gông qkt = 23500 VA/m2, qkg = 2000 VA/m2 suất từ hoá khe hở khơng khí (bảng 50 TLHD) kig hệ số làm tăng cơng suất từ hóa gơng: kig =1,00 kir kể đến ảnh hưởng chiều rộng tôn góc mạch từ , tra bảng 52b ta kir = 1,35 nk số khe hở khơng khí lõi thép Tk = Tt/ diện tích bề mặt khe hở khơng khí kio hệ số gia tăng dịng điện khơng tải cơng suất từ hoá tăng lên, k io = 27,95 (tra bảng 53 LTHD) Sinh Viên : Nguyễn Văn Nam - Lớp 31D2DE Trang Đồ án môn học thiết kế máy biến áp dầu pha Q0 =1,20.1,06.1,775.(Gt + GVHD-ThS Bùi Tấn Lợi 27 ,95 1.1,35 Go) + 1,20.1,06 1,575 [Gg + Go- (4+ 2).Go ] 2 + 1,06 23500 4.Tt + 1,06 2000 Tt = = 2,2578Gt + 2,0034Gg + 20,88456G0 + 99640.Tt + 6360.Tt = 2,2578.457,99 + 2,0034.542,42 + 20,88456.59,97 + 99640.0,0472 + 6360.0,033 = 8294(VAr) 17 Thành phần phản kháng dòng điện không tải Theo công thức (2-62) TLHD I0 = Qo 8294 = = 1,317(%) 10.S 10.630 18.Mật độ dòng điện dây quấn: Theo công thức (2-70) TLHD  = k f Pn = k.G dq 0,93.6040 = 2,59.106 A/mm2 2,4.10 12.348 K số phụ thuộc vào điện trở dây quân: K = 2,4.10-12 dây đồng 19 Khoảng cách hai trụ: C = d12 + a12 + 2a2 +a22 Với 2a2 = 0,4.d  a2 = 0, d = 0,043 mà d = A.x =0,1846.1,1768 = 0,217 d12 = a.d = 1,40.0,217 = 0,303; a22 = 20mm = 0,02m; a12 = 20mm = 0,02m C = 0,303 + 0,02 + 2.0,043 + 0,02 = 0,429 20 Trọng lượng dây dẫn: Gdd = 1,03.1,03.Gdq = 1,06.Gdq = 1,06.348 = 368,88 (kg) 21 Giá thành vật liệu tác dụng: Theo cơng thức (2-59), ta có C 'td = B1 x3 + (B2 + A2).x2 + C A1 + kd.fe.k 21 x x Với k = 1,03.1,03 = 1,06 Tra bảng 16 TLHD ta kd.fe = 1,84 Sinh Viên : Nguyễn Văn Nam - Lớp 31D2DE Trang 10 Đồ án môn học thiết kế máy biến áp dầu pha bg =  b 10 3 t GVHD-ThS Bùi Tấn Lợi (m) = bT = (32 + 22 + 14 + + 6).10-3 = 0,082(m) 1.10 Số thép bậc trụ gông: n = b t k d δ t 10 3 Trong  t chiều dày thép:  t = 0,35 mm, kđ hệ số điền kín kđ = 0,97 Vậy thép bậc trụ gơng tính bảng sau: * Đối với trụ: Bậc Bề dày (bt )mm 32 22 14 8 Số thép n  Bề dày (bt )mm 32 22 14 Số thép n  89 61 39 22 17 22 17 * Đối với gông: Bậc 89 61 39 22 17 1.11 Chiều cao trụ sắt: l1 = l + 2lo2 = 0,58 +2.0,05 = 0,68 ( m) 1.12 Khoảng cách hai trụ kề nhau: C = D1’’ + a22.10-3 (m) Sinh Viên : Nguyễn Văn Nam - Lớp 31D2DE Trang 31 Đồ án môn học thiết kế máy biến áp dầu pha GVHD-ThS Bùi Tấn Lợi D1’’ đường kính ngồi dây quấn sơ cấp (CA) D1’’ = 0,398 m a22 khoảng cách dây quấn sơ cấp cạnh a22 = 0,02m C = 0,398 + 0,02 = 0,418 m ( C làm tròn đến 0,5 m ) 1.13 Trọng lượng sắt gông: Gg = Gg’’+ G’g Trong đó: Gg’’ khối lượng góc; Gg’’ = Go  2Go Go lượng sắt góc mạch từ Theo cơng thức (5-9) TLHD ta có Go = 2.kđ  10-6(a1t.a1g.b1t + a2t.a2g.b2t + + antang.bnt) kđ hế số điền kín: kđ = 0,97 γ tỷ trọng thép ( kg m3 ), thép cán lạnh γ = 7650 kg m3  Go = 2.0,97.7650.10-9(200.200.32 + 180.180.22 + 160.160.14 + 145.145.8 + + 130.130.6 + 110.110.8 + 90.90.6) = 14841.10-9 2678200 = 39,75 (kg) Gg’’ = 2.Go = 2.39,75 = 79,5 (kg) Khối lượng gơng: G’g G’g = 2.(t-1)C.Tg  (kg) t số trụ mang dây quấn, t = C khoảng cách hai trụ kề nhau, C = 0,418m  tỷ trọng thép, γ = 7650 kg m3 Tg tiết diện hửu ích gơng Tg = 0,0282 m2 Gg’ = 2.(3-1).0,418.0,0282.7650 = 362,43 (kg) Từ ta có: Gg = Gg’ + Gg’’ = 362,43 + 79,5 = 442,93 (kg) 1.14 Trọng lượng thép trụ: Với tiết diện gơng hình bậc thang nhiều bậc tính hai thành phần: Gt = Gt’ + Gt’’ (kg) Trong đó: Gt’ trọng lượng sắt phần trụ ứng với chiều cao cửa sổ mạch từ Sinh Viên : Nguyễn Văn Nam - Lớp 31D2DE Trang 32 Đồ án môn học thiết kế máy biến áp dầu pha Gt’= t.Tt.lt  GVHD-ThS Bùi Tấn Lợi (kg) Với: t số trụ, t= Tt tiết diện hữu ích trụ : Tt = 0,03104m2 ; lt chiều cao trụ, lt = 0,68 m γ tỷ trọng thép, γ = 7650 kg m3 Gt’ = 3.0,03104.0,68.7650 = 484,41(kg) Gt’’ trọng lượng sắt phần trụ nối gông Gt’’= t(Tt.a1g  10-3 - G0) kg = 3(0,03104.200.7650.10-3 – 39,75) = 23,22 (kg) Vậy khối lượng thép làm trụ: Gt = Gt’ + Gt’’ = 484,41 + 23,22 = 507,63(kg) Khối lượng thép toàn mạch từ: GFe = Gt + Gg = 507,63 + 441,93 = 950 (kg) Khối lượng máy : Gmáy = GCu + Gfe = 404,84 + 950 = 1354,84 (kg) II TÍNH TỐN TỔN HAO KHƠNG TẢI, DỊNG ĐIỆN KHƠNG TẢI, HIỆU SUẤT CỦA MÁY BIẾN ÁP Tính tổn hao khơng tải Tổn hao khơng tải gồm hai phần tổn hao trụ tổn hao gông 1.1 Trị số tự cảm: Bt = U v 10 4,44 f Tt Bg = U v 10 10,998.10 = = 1,757 ( T ) làm tròn 1,76 (T) 4,44 f Tg 4,44.50.10 4.0,0282 = 10,998 10 = 1,569 (T) làm tròn 1,60 (T) 4,44.50.10 4.0,03104 Theo bảng 45 TLHD Với tôn cán lạnh 3404 dày 0,35 mm ta tra suất tổn hao : Với Bt = 1,60 T tra Pt = 1,295 (W/kg), Pkt = 645( W/m2) Với Bg = 1,76 T tra Pg = 1,824(W/kg), Pkg = 773 ( W/m2) Ở mối nối nghiêng: Bkn = Bt = 1,569  1,129 (T) tra Pkn = 320 W/m2 Sinh Viên : Nguyễn Văn Nam - Lớp 31D2DE Trang 33 Đồ án môn học thiết kế máy biến áp dầu pha GVHD-ThS Bùi Tấn Lợi Tiết diện khe hở khơng khí mối nối thẳng tiết diện trụ gông Tiết diện khe hở khơng khí ỏ mối nối ngiêng bằng: Tn = Tt = 2.0,0104  0,0439 (m2) 1.2 Tổn hao không tải: Theo công thức (5-22) TLHD : P0 = kpc.kpb[ PT.GT + Pg.(G’g- N.G0) + PT  Pg G k p0 +  P n k k Tk ].kpg.kpe.kpt Trong : N số lượng góc nối mạch từ: N = kpo = kn.k’po+ k’’po hệ số kể đến tổn hao phụ góc nối mạch từ Với kn hệ số biểu thị số lượng góc có dạng mái nối nghiêng, kn = k’po, k’’po : Là hệ số gia tăng tổn hao góc nối góc mạch mạch từ Tra bảng 46a TLHD ta có: k’po = 1,32 mối nối nghiêng k’’po = 1,96 mối nối thẳng Ta tra bảng 47 TLHD kpo = 10,18 nk số khe nối thép mạch từ với mối nối chọn Mối nối nghiêng: nkn = 4, mối nối thẳng nkt = kpg hệ số gia tăng tổn hao gơng kpg = bậc gông nhỏ trụ bậc kpt hệ số tổn hao thao lắp gông để lồng dây quấn vào trụ Với S = 630 ta chọn kpt = 1,02 kpe hệ số kể đến tổn hao ép trụ để đai Theo bảng 46b TLHD ta chon kpe = 1,03 với tơn có ủ kpc hệ số kể đến tổn hao cắt dập tôn thành kpc = với tôn rộng 0,05 m kpb hệ số kể đến tổn hao gấp mép khử bavia, kpb = Sau cắt dập thành tấp khử bavia có ủ lại thép nên kpc.kpb = Pt pg suất tổn hao ỏ trụ gông Pk tổn hao mối nối Mối nối nghiêng: Tkn = 0,0439 (m2 ); Tkt = 0,03104 (m2 ) Sinh Viên : Nguyễn Văn Nam - Lớp 31D2DE Trang 34 Đồ án môn học thiết kế máy biến áp dầu pha GVHD-ThS Bùi Tấn Lợi P0 = 1.[1,295.507,62 + 1,824.(360,7 – 4.39,75) + 1,295  1,824 39,75.10,18 + + 320.4.0,0439 + 645.1.0,03104 + 773.2.0,0292].1.1,03.1,02 = 1871 (W) Cơng suất từ hố (Cơng suất phản kháng ) Theo CT (5-30) TL[1] : Q0 = {kib.kic[qt.Gt + qg(G 'g -N.G0) + qt  q g kir.kio.G0 ] +  q k nk Tk }.kig.kie.kit (VA) Trong đó: N=4 Go = 39,75 kg G’g = 360,7 kg Gt = 507,62 kg qt, qg tổn hao công suất từ hố trụ gơng, tra bảng 50 TLHD ta được: Với Bt =1,60 T tra qt = 1,775 (VA/kg), qkt = 23500 VA/m2 Bg = 1,76 T tra qg = 7,180 (VA/kg) qkg = 40800 VA/m2 Bkn = 1,11 T tra qkn = 4000 (VA/m2 ) Diện tích bề mặt khe hở khơng khí: Tkn = 0,0439 (m2 ); Tkt = 0,03104 (m2 ) kir hệ số kể đến ảnh hưởng chiều rộng tơn góc mạch từ Tra bảng 52b TLHD , kir = 1,35 kio hệ số chung, kể đến ảnh hưởng góc nối phân phối khác số lượng mối nối nghiêng thẳng k ig = kn.k’io + kt.k’’io; tra bảng 52 TLHD ta được: k’io = 4,3, mối nối nghiêng k’’io = 11; mối nối thẳng Tra bảng 53 ta kio = 42,45 kig = hệ số làm tăng cơng suất từ hố kie hệ số kể đến ảnh hưởng việc ép mạch từ để đai kie = 1,04 kit hệ số kể đến tăng cường cơng suất từ hố tháo lắp gông đển cho dây quấn vào trụ kit = 1,02 Sinh Viên : Nguyễn Văn Nam - Lớp 31D2DE Trang 35 Đồ án môn học thiết kế máy biến áp dầu pha GVHD-ThS Bùi Tấn Lợi kib hệ số kể đến ảnh hưởng việc cắt gọt bavia sau cắt gọt , kib = 1,00 kic hệ số kể đến ảnh hưởng việc cắt dập thép, chọn k ic = 1,18 với tơn 3404 có ủ Q0 = {1.1,18.[1,775.507,62 + 7,180.(360,7 – 4.39,75) + 1,775  7,180 1,35.42,45.39,75 ] + 4000.4.0,0439 + 23500.1.0,03104 + 40800.2.0,0292}.1.1,04.1,02 = 19399,7 (VAr ) Dịng điện khơng tải 3.1 Thành phần phản kháng dịng điện khơng tải iox = Q0 19399 ,7 = = 3,08 % 10.S 10.630 3.2 Thành phần tác dụng dịng điện khơng tải: ior = P0 1871 = 10.S 10.630 = 0,297 % Dịng điện khơng tải tồn phần; i0 = ior2  iox2 = 0,297  3,08 = 3,09 % Hiệu suất máy biến áp tải định mức:  = (1- P0  Pn 1871  5986 ,23   ) 100 = 1  .100 = 98,77 % Pdm  P0  Pn  630000  1871  5986 ,23  Sinh Viên : Nguyễn Văn Nam - Lớp 31D2DE Trang 36 Đồ án môn học thiết kế máy biến áp dầu pha GVHD-ThS Bùi Tấn Lợi Chương VI: TÍNH TỐN NHIỆT CỦA MÁY BIẾN ÁP I TÍNH TỐN NHIỆT CỦA DÂY QUẤN Nhiệt độ chênh lòng dây quấn hay lõi sắt với mặt ngồi nó: Theo cơng thức (6-1 ) ta có: 0  q cd Trong  chiều dày cách điện phía dây 0,5 3 dẫn  = 10 = 0,25.10-3 m cd suất dẫn nhiệt lớp cách điện dây dẫn, theo bang 54 TLHD ta có: cd = 0,17W/m.0C ứng với sơn - Đối với dây quấn hạ áp:  02  q 2 cd   ; Vì dây quấn hạ áp quấn hình xoắn đơn dây dẫn chữ nhật q2 = Pcu k f M2 Pcu2 tổn hao đồng dây quấn hạ áp, Pcu2 = 2323,55W M2 bề mặt làm lạnh dây quấn hạ áp, M2 = 2,54 m2 kf hệ số tổn hao phụ ứng với dây quấn hạ áp, kf = 1,0123 q2 = 2323,55 1,0123  926 (W/m2) 2,56  02  926.0,25.10 3  1,36 (0C) 0,17 - Đối với dây quấn cao áp: Vì dây quấn cao áp làm dây dẫn trịn nên theo CT ( 6-3a ) :  01 p.a  8.tb a chiều dày dây quấn cao áp a = 0,0085m p tổn hao đơn vị thể tích dây quấn tính theo cơng thức:  d2 p  1,68 10 8 (d ' )d ' Sinh Viên : Nguyễn Văn Nam - Lớp 31D2DE Trang 37 Đồ án môn học thiết kế máy biến áp dầu pha tb suất dẫn nhiệt trung bình : tb   cd 0,7  GVHD-ThS Bùi Tấn Lợi 1 (d '1 ) (CT 6-5) 1  1d ' suất dẫn nhiệt bình quân quy ước dây quấn (CT 6-6) 1 suất dẫn nhiệt cách điện lớp , theo bảng 54 ta có 1 = 0,17 1 bề dày chắn cách điện lơp: 1 làm giấy dày : 6x0,12mm, dây quấn sơ cấp có lớp nên ta dùng cách điện, 1 =6.0,12 = 0,72mm  d 'd 0,5   0,1667 ; d tb  P  1,68  0,17  0,099 ( W/m.0C ) 0,7 0,1667 0,099.0,17.(3,5  0,72)  0,1066 ( W/m.0C ) 0,099.0,72  0,17.3,5 21d 2,34 2.1012.3.10 6 8 10  , 68 10 8  18,68.10 ( W/m3) (d '   ).d ' (3,5  0,72).3,5.10 6 p.a 18,68.10 3.0,0085  01    1,58 (0C ) 8.tb 8.0,1066 Nhiệt độ chênh mặt dây quấn dầu  d - Dây quấn hạ áp: Theo CT ( 6-10b) ta có:  0d  k1k k3 0,35.q20,6 ( 0C ) k1 = 1,0 hệ số kể đến tốc độ chuyển động dầu dây k2 = 1,1 dây quấn (HA) k3 hệ số kể đến đối lưu kho khăn dầu bề rộng ( hay cao) tương đối rãnh dầu ngang gây nên Với hr2 = mm, a2 = 26mm chiều dày dây quấn tra bảng 55 với hr   0,192 ta được: k3 = 0,85 a 26 q2 = 926 (W/m2)  0d  k1k k3 0,35.q20,6  1.1,1.0,85.0,35.926 0,6  20,17 (0C ) - Với dây quấn sơ cấp (CA): Theo công thức (6-2) TLHD: Sinh Viên : Nguyễn Văn Nam - Lớp 31D2DE Trang 38 Đồ án môn học thiết kế máy biến áp dầu pha q1 = PCu1 k f M1  GVHD-ThS Bùi Tấn Lợi 3198,26.0,011  5,665 (W/m2) 6,21 Với PCu1 tổn hao đồng dây quấn sơ cấp PCu1 = 3198,26 W M diện tích bề mặt làm lạnh dây quấn sơ cấp.Đối với dây quấn không phân tổ hợp quấn lên qua nêm có hai mặt làm lạnh: M = 6,21m2 tính phần dây quấn  d  k1k k 0,35.q10,6  1.1.0,8.0,35.5,665 0,6  0,926 (0C ) Nhiệt độ chênh trung bình dầu với vách thùng: θ d.t Sơ ta chon nhiệt độ chênh θ d.t = (0C) Nhiệt độ chênh trung bình dây quấn dầu: - Đối với dây quấn HA:  d 2tb   02   d  1,36  20,17  21,53 (0C ) - Đối với dây quấn CA:  d 1tb   01   d  1,58  0,926  2,506 ( C ) II- TÍNH TỐN NHIỆT CỦA THÙNG DẦU Với công suất m.b.a S = 630KVA, theo bảng 57 TlHD ta chọn kết cấu thùng vách thùng phẳng có tản nhiệt kiểu ống Các kích thước tối thiểu bên thùng a) Các khoảng cách cách điện từ dây dẫn đến vách thùng, đến xà ép gông xác định sau: a) Chiều rộng tối thiểu thùng: B  D1"  (s1  s2  d1  s3  s4  d ).10 3 (m) b) Chiều dài tối thiểu thùng A  2C  D1"  2.s5 10 3 (m) Với Uth1 = 55 kV; tra bảng 31 TLHD ta khoảng cách từ dây dẫn CA đến dây quấn CA s1 = 40 mm ( Tra bảng 31 ) s2 = 40mm khoảng cách từ dây dẫn dây quấn CA đến vách thùng d1 đường kính dây dẫn có bọc cách điện dây quấn CA, d1 = 25 mm s4 khoảng cách từ dây dẫn khơng có vỏ bọc cách điện dây quấn hạ áp đến vách thùng theo bảng 31 ta s4 = 25mm s3 = 50 mm khoảng cách từ dây dẫn dây quấn hạ áp có Uth = kV đến dây quấn cao áp có Uth = 55 kV (theo bang 32) Sinh Viên : Nguyễn Văn Nam - Lớp 31D2DE Trang 39 Đồ án môn học thiết kế máy biến áp dầu pha GVHD-ThS Bùi Tấn Lợi s2 d H2 hg s1 D’’ B D’’ lt 1 s3 H H1 s4 hg n d s5 Dùng để xác định kích thước thùng d2 = 10 mm kích thước dây dẫn không bọc cách điện (thanh dẫn trần dây quấn hạ áp) b) Chiều rộng tối thiểu thùng B = D "2 + ( s1 + s2 + d1 + s3 + s4 + d2).10-3 = 0,398  (40  40  25  50  25  10).10 3  0,588 (m) Để tâm trụ nằm ta lấy B = 0,6 m c) Chiều dài thùng dầu: A = 2C + B = 0,418 + 0,6 = 1,436(m) d) Chiều cao thùng dầu H = H1 + H2 H1 chiều cao từ đáy thùng đến lõi sắt H1 = lt + 2hg+ n.10-3 ; Với n = 40 mm chiều dày lót gơng dưới; hg = d = 0,21 H1 = 0,68 + 2.0,21 + 40.10-3 = 0,6968 (m) H2 khoảng cách tối thiểu từ gông đến nắp thùng , tra bảng 58 TLHD ta H2 = 300(mm) = 0,3 m (theo điện áp sơ cấp U1 = 22KV) H = 0,6968 + 0,3 = 0,9968 (m) Tính diện tích bề mặt xạ đối lưu thùng dầu - Ta thiết kế thùng dầu đáy ô van, dùng tản nhiệt kiểu thẳng Sinh Viên : Nguyễn Văn Nam - Lớp 31D2DE Trang 40 Đồ án môn học thiết kế máy biến áp dầu pha GVHD-ThS Bùi Tấn Lợi - Theo CT (6-20) TLHD ta có bề mặt xạ thùng dầu hình van: Mbx = Mơv.k = [2(A - B) +  B].H.k Trong Mơv = [2(A - B) +  B].H = [2(1,436 - 0,6) + 3,14.0,6 ].0,9968 = 3,598 (m2 ) diện tích mặt thùng phẳng đáy ôvan (bề mặt đối lưu thùng máy phẳng.) k hệ số kể đến ảnh hưởng hình dáng mặt thùng có tản nhiệt, sơ ta chon bảng 59 TLHD k = 1,5 Mbx = 3,598.1,5 = 5,397(m2 ) - Bề mặt đối lưu cần thiết với vói θ tk (CT 6-22 –TLHD) M’đl = P 1,05. P 2,5.θ tk 1,25  1,12M bx Mbx = 5,397(m2 ) = Po + Pn = 1871 + 5986,23 = 7857,23(W); θ tk nhiệt độ chênh thùng dầu khơng khí θ d.k = 60 - θ o.dtb (0C) –CT (6-23) TLHD gia trị lớn nhiệt độ trung bình dầu với khơng khí θ o.dtb nhiệt độ chênh trung bình dây quấn dầu , lấy giá trị lớn cuộn CA & HA ta θ o.dtb = 21,530C; θ d k = 60 – 21,53 = 38,47 (0C) Từ ta có nhiệt độ chênh thùng đối vớ khơng khí θ t k  θ d k - θ d t Theo điều kiện (6-25)TLHD ta có: σ(θ d.t  θ tk )  50 C  1,2.38,47  46,164 C  50 C  Thoã mãn điều kiện θ d.k Trong θ d.t nhiệt độ chênh dầu với thùng : θ d.t =5 (0C)  hệ số xác định tỉ số nhiệt độ chênh dầu khơng khí lúc lớn với trị số trung bình, sơ chọn  = 1,2 Từ ta có nhiệt độ chênh trung bình thùng dầu với khơng khí θ tk θ tk = θ d.k - θ d.t = 38,47 - = 33,47 (0C) - Bề mặt đối lưu cần thiết thùng với θ tk = 33,470C Sinh Viên : Nguyễn Văn Nam - Lớp 31D2DE Trang 41 Đồ án môn học thiết kế máy biến áp dầu pha M’đl = GVHD-ThS Bùi Tấn Lợi 1,05  P 1,05.7857 ,23 =  1,12.5,397  34,15 (m2) 1, 25 1, 25 2,5. tk 2,5.34 - Bề mặt đối lưu nắp thùng: Mn.đl = 0,5 [(A – B)(B+0,12) +  ( B  0,12) ] =0,5[(1,436 - 0,6).(0,6 + 0,12) + 3,14 (0,6  0,12) ] = 0,583 (m2) Trong 0,12 bề rộng hai bên vành nắp 0,5 hệ số kể đến che khuất bề mặt thùng - Bề mặt đối lưu tản nhiệt Μ b.dl  M đl'  M bx  M ndl = 34,15 – 5,397 – 0,583 = 28,17 (m2) - Bề mặt đối lưu tản nhiệt quy mặt thùng phẳng Mb.đl = Mô.đl kh.đl + Mg.đl = 4,333.1,26 + 0,15 = 5,609 (m2) Trong đó: Mơ.đl = 4,333 (m2) bề mạt đối lưu ống,với A = 1,436 tra bảng 63 TLHD kh.đl = 1,26 hệ số hình dáng tản nhiệt, tra bảng 56 TLHD, Mg = 0,15 bề mặt đối lưu hai ống góp dãy ống., theo bảng 63 TLHD - Số tản nhiệt cần thiết: nb = M b.dl M b.dl  28,17  5,022 lấy tròn thành 5,609 - Bề mặt đối lưu thực thùng: Mđl = Μ b.dl + Môv + Mn.đl = 6.5,609 + 3,598 + 0,583 = 37,835 (m2) III TÍNH TỐN CUỐI CÙNG NHIỆT ĐỘ CHÊNH CỦA DÂY QUẤN VÀ DẦU MÁY BIÊN ÁP Nhiệt độ chênh thùng với khơng khí: (CT 6-47)  t k  k ( P0  Pn )     2,8M bx  2,5M dl  0,8  1,05(1871  5986,23)     2,8.5,397  2,5.34,15  Sinh Viên : Nguyễn Văn Nam - Lớp 31D2DE 0.8  30,59 C Trang 42 Đồ án môn học thiết kế máy biến áp dầu pha GVHD-ThS Bùi Tấn Lợi k = 1,05 Với m.b.a đơn Nhiệt độ chênh dầu sát vách thùng so với thùng: (CT 6-48) θ d.t  k (P  Pn )   0,165     M d.l  0, 1,00.(1872  5986 ,23)   0,165    M ov  6.M b.dl  M n.dl  7857 ,23    0,165    3,598  6.5,609  0,583  M d.l 0, 0,  7,3( C ) tổng bề mặt đối lưu vách thùng phẳng, ống, nắp k1 =1 làm nguội dầu tụ nhiên Nhiệt độ chênh dầu so với khơng khí: (CT 6-49)  ' d k   t k   d t  30,59  7,3  37,89( C ) Nhiệt độ chênh lớp dầu so với khơng khí: (CT 6-50)  d k  ( t k   d t ).  (30,59  7,3).1,2  45,468( C) < 50 (0C) đạt tiêu chẩn Nhiệt độ chênh dây quấn khơng khí: (CT 6-51) - Đối với dây quấn HA:  o.k   o.dtb   ' d k  21,07  37,89  58,96( C )  60 C thoã mãn điều kiện cho phép - Đối với dây quán CA:  o.k   o.dtb   ' d k  2,455  37,89  40,345( C )  60 C thoã mãn điều kiện cho phép CHƯƠNG VII: XÁC ĐỊNH SƠ BỘ TRỌNG LƯỢNG RUỘT MÁY,VỎ MÁY, DẦU VÀ BÌNH GIÃN DẦU 1/- Trọng lượng ruột máy phần tác dụng: Gr = 1,2.(Gdq + Gl) (CT 6-52) Gdq toàn trọng lượng dây quấn dây dẫn Gdq = GCu1 + GCu2 + Gr1 + Gr2 = 243,7 + 116,16 + 0,27 + 14,36 = 374,49kg Gl trọng lượng lõi sắt Sinh Viên : Nguyễn Văn Nam - Lớp 31D2DE Trang 43 Đồ án môn học thiết kế máy biến áp dầu pha GVHD-ThS Bùi Tấn Lợi G1 = Gt + Gg = 507,63 + 441,93 = 949,56 kg Ta có 1,2 hệ số trọng lượng máy tăng thêm cách điện kết cấu khác Gr = 1,2(374,49 + 949,56) = 1588,86 (kg) 2/- Trọng lượng thùng: Gth = V  Fe +Gb.tn V thể tích vỏ máy;  Fe = 7850 (kg/m3) Gb.tn trọng lượng tản nhiệt , tra bảng 63 ta Gb.tn = 6.53,94 = 323,64 (kg) M   Gth   M ov  n.dl . y Fe  Gb.tn (  =4 mm bề dày tôn làm thùng) 0,5   0,583   Gth   3,598  .0,004 7850  323,64  363,85 kg 0,5   3/- Trọng lượng dầu: Thể tích dầu thùng : Vd = Vt – Vr (m3) (CT 6-53) Vt thể tích bên thùng dầu phẳng Vt = Mn.H Mn = thùng B  B( A  B ) = 3,14.0,588  0,588(1,436  0,588)  0,96 (m2 ) diện tích nắp Vt = 0,96.0,9986 = 0,957 (m3) Vr  Gr (CT 6-54) yr Vr thể tích ruột máy  r tỉ trọng trung bình ruột máy máy biến áp dây quấn đồng yrCu  5500 kg / m3 Vr  1588,86  0,289 m3 5500  Vd  0,957  0,289  0,668 m3 - Trọng lượng dầu: Sinh Viên : Nguyễn Văn Nam - Lớp 31D2DE Trang 44 Đồ án môn học thiết kế máy biến áp dầu pha GVHD-ThS Bùi Tấn Lợi Gd = 1,05[0,9(Vt – Vr)  d +Gd.ơ ] Ta có 1,05 hệ số kể tới trọng lượng dầu tăng thêm bình giãn dầu  d tỉ trọng dầu  d = 850 Gd.ô trọng lượng dầu hệ thống ống làm lạnh hay tản nhiệt tra bảng 63 ta có Gd.ơ = 46 Gd = 1,05[0,9(0,975 – 0,289).850 +6.46] = 840,83 kg 4/- Bình giãn dầu : Theo qui định máy có dung lượng từ 100KVA trở lên có bình giãn dầu Bình giãn dầu thường làm thép hàn chiều dày 1-3mm đặt nằm nắp thùng Đối với loại thùng phẳng: Chiều dài bình giãn dầu: l gd  B  l gd  0,588(m) 5/- Đường kính bình giãn dầu: Vg  (7  10%) thể tích thùng dầu Vg = 0,7.Vd = 0,7.0,668 = 0,4676 d 4.Vg  l gd  4.0,4676  1,006(m) 3,14.0,588 Sinh Viên : Nguyễn Văn Nam - Lớp 31D2DE Trang 45 ... 36 9,629 35 9,215 34 0,781 32 4,922 31 1,089 1,03G dq 4 53, 145 419, 531 39 2, 435 38 3,549 38 0,718 36 9,991 35 1,005 33 4,670 32 0,422 Gdd  1, 03. 1,03Gdq 466,740 432 ,117 404,208 39 5,055 39 2,140 38 1,091 36 1, 535 34 4,710... 457 ,32 3 477 ,35 5 516,606 554,886 592 ,30 5 33 ,066 35 ,716 38 ,182 39 ,066 39 ,35 7 40,498 42,689 44,772 46,7 63 Gg = B1.x3+ B2.x2 38 5,2 53 431 ,067 475,177 491 ,33 7 496,680 517,8 53 559,294 599,658 639 ,068... thể máy biến áp: Sinh Viên : Nguyễn Văn Nam - Lớp 31 D2DE Trang 28 Đồ án môn học thiết kế máy biến áp dầu pha GVHD-ThS Bùi Tấn Lợi Mạch từ máy biến áp ta thiết kế gồm thép cán lạnh đẳng hướng 34 04,