Tính toán và thi công máy biến áp cách ly ba pha

ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CƠNG NGHỆ ĐIỆN KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP Đề tài: TÍNH TỐN VÀ THI CƠNG MÁY BIẾN ÁP CÁCH LY BA PHA SINH VIÊN: GVHD: PHẠM CHÍ TRUNG MSSV: 15026811 LÊ MINH KHƠI MSSV: 15038351 TRẦN HỒNG PHÁT MSSV: 15010621 ĐẶNG MINH TUẤN MSSV: 15020401 THS PHẠM ÁI QUỐC TP.HCM, Ngày tháng năm 2019 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên/ nhóm sinh viên giao đề tài (1): Phạm Chí Trung MSSV: 15026811 (2): Lê Minh Khôi MSSV: 15038351 (3): Trần Hồng Phát MSSV: 15010621 (4): Đặng Minh Tuấn MSSV: 15020401 Tên đề tài TÍNH TỐN VÀ THI CƠNG MÁY BIẾN ÁP CÁCH LY PHA CÔNG SUẤT 5KVA; ĐIỆN ÁP Δ / Y - 380V / 220V Nhiệm vụ (Nội dung số liệu ban đầu) Tính tốn ban đầu: - Xác định tiết diện lõi thép - Xác định điện áp khơng tải phía thứ cấp - Xác định số vòng dây quấn sơ cấp thứ cấp - Xác định đường kính dây quấn sơ cấp thứ cấp Thử nghiệm: - Đo thông số MBA đối chiếu so sánh với tiêu chuẩn Điều chỉnh: - Điều chỉnh thông số MBA - Kiểm tra kết phù hợp với tiêu chuẩn Kết dự kiến (Trình bày tóm tắt kết dự kiến đạt được) - Điện áp đầu vào U1 = 380V - Điện áp đầu U2 = 220V i - Dịng khơng tải I0 ≤ 10% Iđm Giảng viên hướng dẫn Tp HCM, ngày tháng Sinh viên ii năm 20… NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN - iii Khóa luận tốt nghiệp MỤC LỤC PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP i NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN iii MỤC LỤC iv DANH SÁCH CÁC HÌNH VẺ vi DANH SÁCH CÁC BẢNG .vii MỞ ĐẦU viii CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ MÁY BIẾN ÁP 1.1 Định nghĩa công dụng máy biến áp 1.1.1 Định Nghĩa 1.1.2 Công dụng Máy Biến Áp 1.2 Cấu tạo nguyên lý làm việc máy biến áp 1.2.1 Cấu tạo 1.2.2 Nguyên lý làm việc máy biến áp 1.3 Các đại lượng định mức 1.3.1 Dung lượng hay công suất định mức Sdm : 1.3.2 Điện áp dây sơ cấp định mức U1dm: 1.3.3 Điện áp dây thứ cấp định mức U2dm: 1.3.4 Dòng điện dây định mức cuộn sơ cấp I1dm thứ cấp I2dm: 1.3.5 Tần số định mức fdm 1.4 Các loại máy biến áp 1.5 Tổ nối dây máy biến áp ba pha 1.5.1 Ký hiệu đầu dây máy biến áp ba pha 1.5.2 Cách đấu dây máy biến áp ba pha 1.5.3 Các kiểu tổ nối dây máy biến áp ba pha 10 1.6 Mạch từ máy biến áp 11 CHƯƠNG TÍNH TỐN CÁC THƠNG SỐ CỦA MÁY BIẾN ÁP CẢM ỨNG BA PHA CÔNG SUẤT NHỎ 13 2.1 Cơng suất, dịng điện định mức máy biến áp 13 2.2 Tiết diện lõi thép máy biến áp 13 2.3 Tính tốn dây quấn 13 iv Khóa luận tốt nghiệp 2.4 Tính tốn cửa sổ máy biến áp 14 2.5 Tính tốn trọng lượng dây lõi thép 15 CHƯƠNG TÍNH TỐN CHẾ TẠO MÁY BIẾN ÁP CẢM ỨNG BA PHA CÔNG SUẤT NHỎ 17 3.1 TÍNH TỐN 17 3.1.1 Cơng suất, dịng điện định mức máy biến áp 17 3.1.2 Tiết diện sơ trụ 17 3.1.3 Tính tốn kích thước MBA 18 3.1.4 Tính tốn dây quấn máy biến áp 19 3.1.5 Tính tốn khối lượng máy biến áp 23 v Khóa luận tốt nghiệp DANH SÁCH CÁC HÌNH VẺ Hình 1.1: Kí hiệu máy biến áp Hình 1.2: Sơ đồ truyền tải điện Hình 1.3: Máy biến áp pha Hình 1.4: Dây quấn xen kẽ Hình 1.5.1: Cách ký hiệu đầu dây máy biến áp Hình 1.5.2: Ký hiệu đầu dây máy biến áp ba pha Hình 1.5.3: Sơ đồ đấu sao, tam giác 10 Hình 1.6.1: Tổ Máy biến áp pha 11 vi Khóa luận tốt nghiệp DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 2.1: Liên quan mật dộ dịng cơng suất tiêu thụ 14 vii Khóa luận tốt nghiệp MỞ ĐẦU Thế giới ngày phát triễn, với nhu cầu sử dụng điện ngày tăng cao Để đáp ứng nhu cầu , ngành điện có bước phát triển kỹ thuật công nghệ để nâng cao sản lượng chất lượng điện Bất kỳ nhà máy điện hay trạm biến áp cần có nhiều máy biến áp để phục vụ công tác truyền tải cung cấp điện Những cơng ti, xí nghiệp, trường đại học, nhìn thấy máy biến áp hoạt động Từ máy biến áp dầu với công suất tính megawatt sử dụng nhà máy điện lớn, hay máy biến áp vài trăm nhìn kilowatt dùng trạm biến áp dọc theo đường dây truyền tải máy biến áp cơng suất nhỏ dùng phịng thí nghiệm Môn học đồ án lần chúng em thực tính tốn thi cơng máy biến áp pha cách ly nối Δ/Y với cấp điện áp 380V/220V công suất 5kVA Chúng em chọn đề tài nhàm mục đích tìm hiểu chi tiết cấu tạo, ngun lý hoạt động cách tạo máy biến áp pha cách ly hồn chỉnh vận hành đáng tin cậy Chúng em hi vọng với kiến thức tảng giúp ích cho công việc tương lai sau trường Nhiệm vụ đề tài : Tính tốn, thi công máy biến áp pha, điện áp Δ/Y 380/220(V) Cơng suất 5(KVA)  Nội dung hồn thành: Cấu tạo,nguyên lý làm việc MBA pha Hiện tượng từ hố MBA 3.Tính tốn chế tạo MBA 3pha với yêu cầu:công suất S=5(KVA), U1=380(V) U2=220(V), sơ đồ nối theo kiểu Δ / Y Chạy thử,kiểm tra thơng số kỹ thuật viii Khóa luận tốt nghiệp Quyển thuyết minh vẽ thể nội dung đề tài ix Khóa luận tốt nghiệp 12 Khóa luận tốt nghiệp CHƯƠNG TÍNH TỐN CÁC THƠNG SỐ CỦA MÁY BIẾN ÁP CẢM ỨNG BA PHA CÔNG SUẤT NHỎ Để tính tốn số liệu cho máy biến áp ta thực bước sau: - Tính tốn cơng suất máy biến áp - Tính tiết diện lõi sắt để tính tiết diện cuộn dây - Tính số sắt cần dùng - Tính số vịng dây quấn cuộn sơ cấp thứ cấp - Tính tiết diện đường kính dây - Tính khoảng trống khung máy biến áp để chứa cuộn dây (cửa sổ máy biến áp) - Tính trọng lượng dây lõi thép  Sau đại lượng cần tính: 2.1 Cơng suất, dịng điện định mức máy biến áp Bao gồm công suất định mức trụ S1 Công suất định mức pha Sf Dịng điện định mức phía sơ cấp I1 phía thứ cấp I2 máy biến áp 2.2  Chú ý: nối Y zic-zăc thì: If1 = Id1 Uf1 = U d1 If2 = Id2 Uf2 = Ud Tiết diện lõi thép máy biến áp Bao gồm tiết diện đo Sd tiết diện thực lõi thép ST(tiết diện có kể đến cách điện) 2.3 Tính tốn dây quấn  Số vòng dây cuộn sơ cấp thứ cấp máy biến áp: Từ công thức E = U - 0,5  U = 4,44.Bt.ST.w.f.10-8  w= E 108 4, 44 Bt ST f (w số vòng dây quấn) 13 Khóa luận tốt nghiệp Với  U= u %.U1 100  Tiết diện dây quấn sơ cấp thứ cấp: - Tiết diện dây quấn sơ cấp thứ cấp tính theo dịng điện mật độ dịng điện cho phép.Nếu tiết diện lớn 10mm2 ta nên chọn loại dây có tiết diện hình chữ nhật - Tiết diện dây quấn sơ cấp thứ cấp tỷ lệ thuận với dòng điện chạy dây dẫn tỷ lệ nghịch với mật độ dòng điện cho phép - Mật độ dòng điện cho phép (D) số Ampe/mm2 dây dẫn máy biến áp làm việc liên tục ma khơng gây phát nóng gây nguy hiểm làm hỏng dây dẫn Mật độ dòng điện biết theo bảng thông số sau: Bảng 2.1: Liên quan mật dộ dịng cơng suất tiêu thụ Mật độ dịng điện D(A/mm2) Cơng suất tiêu thụ (VA) Dòng liên tục Dòng gián đoạn 0-50 4 51-100 3,5 101-200 3,5 201-500 3,5 501-1000 3,5 1001-1500 2,5 1501-2000 2,5 2001-3000 2,5 Với tiết diện dây dẫn tính: s = 2.4 I D Tính tốn cửa sổ máy biến áp 14 Khóa luận tốt nghiệp Khi cửa sổ có chiều cao q lớn làm tăng dịng từ hố,tăng trọng lượng lõi thép.Nhưng chiều cao bé làm tăng nhiệt độ dây quấn tăng trọng lượng dây.Ta có tỷ số tương ứng chiều cao va chiều rộng cửa sổ thích hợp là: k= 2.5 h = 2,5 - r Tính tốn trọng lượng dây lõi thép a Trọng lượng dây quấn: Khối lượng dây đồng: mCu = VCu.MCu(kg) Với VCu thể tích khối đồng tính: VCu=SCu.l Trong SCu tiết diện dây(dm2),l chiều dài dây quấn cuộn dây(dm)(l tính lấy chu vi trungbình vịng dây nhân với số vịng dây).Chiều dài trung bình tính sau:ltb = n  Dtb (Dtb = Dngoai  DTrong : đường kính trung bình vịng dây) MCu trọng lượng riêng đồng b.Trọng lượng lõi thép: Trọng lượng lõi thép tính theo cơng thức: MFe=VFe.mFe Với VFe thể tích lõi thép (VFeT+VFeG) mFe trọng lượng riêng sắt 15 Khóa luận tốt nghiệp 16 Khóa luận tốt nghiệp CHƯƠNG TÍNH TOÁN CHẾ TẠO MÁY BIẾN ÁP CẢM ỨNG BA PHA CƠNG SUẤT NHỎ 3.1 TÍNH TỐN Với số liệu cho trước: U1dm=380(V) U2dm=220(V) Sdm=5(KVA), tần số f=50(Hz) Tổ đấu dây Δ / Y 3.1.1 Cơng suất, dịng điện định mức máy biến áp 1.Công suất định mức pha máy biến áp: Sf = S dm 5000 = = 1666,667(VA) 3 2.Dòng điện định mức máy biến áp:  Sơ cấp: I1 = 5000 S dm = = 4,386(A) 3.380 3.U  Thứ cấp: I2 = S 5000 = = 13,122 (A) 3.220 3.U dm 3.1.2 Tiết diện sơ trụ 17 Khóa luận tốt nghiệp a c h b Kích thước lõi thép: - Tiết diện thực lõi thép ST = 1,2 S1 = 1,2 1666, 667 = 48,99 (Cm2) Với S1 công suất định mức trụ máy biến áp - Tiết diện có kể đến cách điện: S'T = Trong ST 48,99 = = 54,43 (Cm2) kt 0,9 k = 0,9 bề dầy thép 0,35 mm k = 0,93 bề dầy thép 0,5 mm k = 0,8 – 0,85 thép bị han rỉ, lồi lõm Cạnh a tính theo cơng thức: a = S 'T 3.1.3 Tính tốn kích thước MBA 18 Khóa luận tốt nghiệp Ta chọn thép kĩ thuật với bề dầy tiêu chuẩn (0.35mm), chiều rộng trụ a= S 'T = 54, 43 = 7,38 (Cm) + Gọi chiều rộng trụ a + Bề dầy trụ b (b=1.2a) (Cm) + Chiều rộng cửa sổ c (c=a) (Cm) + Chiều cao cửa sổ h (h=3a) (Cm) Vậy (Cm) b = 1,2a = 1,2 7,38 = 8,85 (Cm) c = a = 7,38 (Cm) h = 3.7,38 = 22,14 (Cm) Vậy số thép cần dùng : n = b 88,5 = = 252,86 (lá)  252,9 (lá) 0,35 0,35 Với b = 88,5 (mm) tổng bề dầy thép chiều dầy thép 0,35 mm 3.1.4 Tính tốn dây quấn máy biến áp  Số vòng dây cuộn sơ cấp thứ ấp máy biến áp Điện áp vịng dây: Có UV = 4,44.f.Bt.ST.10-4 Với Bt: cường độ từ cảm trụ (Bt=1,2(T)) ST: Tiết diện trụ máy biến áp  UV= 4,44.50.1,2.48,99.10-4 = 1,3 (V/vịng) Vậy số vịng dây vơn: n= = 0,77 (vịng/vơn) 1,3 Do số vịng dây phía sơ cấp pha là: 19 Khóa luận tốt nghiệp N1 = 0,77.380 = 293 (vịng) Số vịng dây phía thứ cấp pha là: N2 = 1,02.0,77.127 = 100 (vòng)  Tiết diện dây quấn máy biến áp + Dây sơ cấp : s1 = I1 4,386 = = 1,462(mm2) D Với D mật độ dòng điện Ta lấy D = 3( Máy biến áp làm việc chế độ liên tục) Ta có đường kính dây d1 = 4.s12  = 4.1, 4622  = 1,65(mm) + Dây thứ cấp: tương tự có: I 13,122 s2 = = = 4,374 (mm2)  D d2= 4.s2  = 4.4,3742  Số vòng dây lớp: + Sơ cấp: V= H hd kq d1cd Với Hhq = h - 2.1,5 = 221,4 - = 218,4 (mm)  V = 218,4 0,92  121.8 (vòng/lớp)  122 (Vòng /lớp) 1, 65 + Thứ cấp: V= H hd kq d 2cd  V = 218,4 0,92  40,7 (vòng/lớp)  41 (Vòng /lớp) 4,936 *Số lớp dây quấn 20 = 4,936(mm) Khóa luận tốt nghiệp + Sơ cấp: n* = n1 293  (lớp) = V 122 n** = n2 100  (lớp) = V 41 + thứ cấp: - Xác định khối lượng dây quấn: a’ = a+2.ekh Ltb2 Ltb1 e1 e2 - Bề dầy cuộn sơ cấp,với cách điện dầy dcd = 0,1 (mm) e1=n*(d1+ dcd) = 3.( 1,65+0,1) = 5,25(mm) - Bề dầy cuộn thứ cấp : e2=n**.(d2+dcd)=3.(4,936+0,1) = 17,8(mm) - chiều dài trung bình cuộn dây: +Dây sơ cấp: ltb1=2.(a'+b')+  e1 21 b’=b+2.ekh Khóa luận tốt nghiệp Với a'=a+2dkh= 73,8+2.1 = 75,8 (mm)  ltb1= 2.( 75,8 +88,5)+3,14.5,25 = 345,085 (mm) + Dây thứ cấp: ltb2=2.(a'+b')+  (2e1+e2) Với b'=b+2dkh= 88,5+2.1= 90,5 (mm)  ltb2=2.(73,8+90,5) + 3,14.(2.5,25+17,8) = 417,5 (mm) Tổng bề dài dây quấn sơ cấp thứ cấp: + Dây sơ cấp: L1 = (số sợi chập)N1.Ltb1 = 1.293 345,085 = 101109,905(mm) =1011(dm) + Dây thứ cấp: L2 = (số sợi chập)N2.Ltb2 = 1.100 417,5 = 41750(mm) = 417,5(dm) - Khối lượng dây quấn sơ cấp thứ cấp: + Dây sơ cấp: Msc= (1,1  1,2).(8,9)L1  d12 -40 = (1,1  1,2).8,9 1011 .10 = (2,115  2,308)kg Với Khối lượng riêng đồng DCu=8,9 kg/dm2 L1 chiều dài dây sơ cấp d1 đường kính dây sơ cấp  Khối lượng dây đồng cuộn sơ cấp MBA pha là: 3.( 2,115  2,308) = (6,345  6,9)(kg) + Dây thứ cấp:  d 2  Mtc = (1,1 1,2 ) ( 8,9 kg/dm ) L2 ( ).10-4 (kg)A 3,14.4,9362 = (1,1  1,2 ) 8,9 417,5 ( ).10-4 = (7,8  8,5) kg L2 chiều dài dây thứ cấp d2 đường kính dây thứ cấp Vậy khối lượng cuộn dây thứ cấp pha là: 22 3,14.1, 652 10-4 Khóa luận tốt nghiệp 3(7,1  7,71) = (21,2  23,13)(kg) Vậy tổng khối lượng dây thứ cấp sơ cấp để cuả MBA ba pha : (7,8  8,5)kg + (21,2  23,13) kg = (29  31,63 ) (kg) 3.1.5 Tính tốn khối lượng máy biến áp * Tính tốn Lõi thép: - Diện tích cửa sổ scs = c.h= 7,38 22,14 = 163,4 (Cm2) = 16339,32(mm2) - diện tích cửa sổ bị chiếm chỗ: scc = 3.(n1 s1  n2 s2 ) 3.(293.1, 462  100.4,374) = = 8657,66 (mm2) kd 0,3 Với n1,n2 số vòng dây sơ cấp,thứ cấp S1,s2 tiết diện dây sơ cấp,thứ cấp kd hệ số lấp đầy cửa sổ với cuộn dây tráng đồng cách điện ta lấy kd=0,3 Dk: scs>scc (Thoả mãn đk ) *Khối lượng lõi thép T ad c h 23 Khóa luận tốt nghiệp Ta có tiết diện lõi thép ST=48,99 (Cm2) T khoảng cách trung bình trụ gần nhau: T= a a 7,38 7,38 +c+ = + 7,38 + = 14,76 (Cm) 2 2 + ltb chiều dài trung bình lõi thép ltb = 4T + 3h +1,5a = 14,76 +3.22,14+1,5 7,38 = 136,53 (Cm)  Khối lượng lõi thép là: G = St.ltb.Dt.10-3 = 48,99 136,53.7,8.10-3 = 52,17(Kg) Vậy tổng khối lượng máy biến áp: 52,17+(28,3  30,84)= (80,47  83,01)kg 24 Khóa luận tốt nghiệp TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Khoa điện trường đại học Công nghiệp HCM Giáo trình thực hành quấn dây máy biến áp, lưu hành nội [2] Nguyễn Đức Sỹ Giáo trình vận hành sữa chữa thiết bị điện Nhà xuất giáo dục Việt Nam 25 Khóa luận tốt nghiệp Lời cảm ơn Chúng em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trường Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM tận tình hướng đẫn, truyền đạt kiến thức quý báu giúp chúng em có nên tảng kiến thức cho trình học tập phát triển thân công việt sau năm học tập trường Tiếp theo, chúng em xin gửi lời cảm ơn đến tồn thể thầy, khoa Cơng nghệ điện dạy dỗ, truyền đạt kiến thức bổ ích, thiết thực q trình học tập Đặc biệt, chúng em xin gửi lời cám ơn chân thành sâu sắc đến thày Phạm Ái Quốc, người trực tiếp hướng dẫn, bảo định hướng cho chúng em hồng thành tốt khóa luận tốt nghiệp Tuy nhiên q trình thực khóa luận này, khó tránh sai xót, chúng em mong nhận ý kiến đóng góp quý báo thầy để chúng em sửa chữa từ hồng thiện cho khóa luận Xin chân thành cảm ơn! 26 ... loại máy biến áp 1.5 Tổ nối dây máy biến áp ba pha 1.5.1 Ký hiệu đầu dây máy biến áp ba pha 1.5.2 Cách đấu dây máy biến áp ba pha 1.5.3 Các kiểu tổ nối dây máy biến. .. thơng ba pha độc lập với trường hợp máy biến áp ba pha ghép từ máy biến áp pha gọi tắt tổ máy biến áp ba pha Hình 1.9: Tổ Máy biến áp pha 11 Khóa luận tốt nghiệp 12 Khóa luận tốt nghiệp CHƯƠNG TÍNH... dùng để giảm điện áp dòng điện lớn đưa vào đồng hồ đo Máy biến áp thí nghiệm: 1.5 Là máy biến áp dùng để thí nghiệm điện áp cao Tổ nối dây máy biến áp ba pha Để máy biến áp ba pha làm việc dây