PHẦN I: THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN TRONG NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN
CHƯƠNG 5: CHỌN CÁC KHÍ CỤ ĐIỆN VÀ DÂY DẪN
5.4 Chọn thanh góp cứng đầu cực máy phát
5.4.1. Chọn thanh góp cứng
Thanh góp cứng dùng để nối từ đầu cực máy phát điện đến cuộn hạ áp MBATN và MBA hai cuộn dây. Tiết diện thanh dẫn được chọn theo điều kiện phát nóng lâu dài. Để tận dụng diện tích mặt bằng ta chọn thanh góp cứng nhằm giảm kích thước và khoảng cách giữa các pha.
1. Chọn loại thanh góp
Hình dạng và kích thước của thanh dẫn, thanh góp không những ảnh hưởng đến độ bền cơ học và khả năng tỏa nhiệt mà còn ảnh hưởng đến khả năng tải điện do có hiệu ứng mặt ngoài và hiệu ứng ở gần khi có dòng điện xoay chiều chạy qua.
Khi dòng nhỏ (nhỏ hơn 1500 A) thì thường dùng thanh cứng hình chữ nhật. Khi dòng điện từ 1500A ÷ 3000A thì dùng 2 thanh cứng hình chữ nhật ghép lại trên 1 pha.
Đối với dòng điện từ 3000A ÷ 8000A thì dùng thanh dẫn cứng hình lòng máng để giảm hiệu ứng mặt ngoài, hiệu ứng gần và tăng khả năng làm mát của chúng. Khi dòng lớn hơn 8000A thì dùng thanh dẫn hình ống là hợp lý.
Ta có dòng điện cưỡng bức chạy qua thanh góp: Icb = 4,876 (kA).
Do 3000 < Icb < 8000 (A) nên ta chọn thanh góp hình máng như Hình 5.3.
Hình 5. 3. Thanh góp tiết diện hình máng 2. Chọn tiết diện thanh góp cứng
Thanh góp cứng được chọn theo điều kiện phát nóng lâu dài:
Icb≤ Icph c=kh c. Icp (5- 5) Vậy
: Icp≥Icb khc Trong đó:
Icb: Dòng điện cưỡng bức chạy qua thanh góp Icb = 4,876 (kA);
Icp: Dòng điện cho phép của thanh góp ở nhiệt độ tiêu chuẩn;
khc: Hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ.
Hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ:
Khc = √θθcpcpbtbt- θ- θ0ch =√70-3570-25 = 0,882 (5- 6)
Trong đó:
θcp: Nhiệt độ cho phép của vật liệu làm thanh góp, lấy θcp= 700C;
θ0: Nhiệt độ của môi trường xung quanh, lấy θ0= 350C;
θdm: Nhiệt độ định mức (nhiệt độ tiêu chuẩn), lấy θđ m= 250C Thay số vào ta có:
Tra Phụ lục 10.3 - tài liệu tham khảo [1] ta chọn thanh góp đồng, tiết diện hình máng có sơn với các thông số trong Bảng 5.7:
Bảng 5. 7. Thông số kỹ thuật thanh góp đầu cực máy phát Kích thước
(mm) Tiết
diện một
cực (mm2)
Mômen trở kháng (cm3)
Mômen quán tính (cm4)
Dòng điện cho
phép hai thanh
(A)
H b c r
Một thanh Hai thanh WY0-Y0
Một
thanh Hai thanh
JY0-Y0
WX-X WY-Y JX-X JY-Y
150 65 7 10 1785 74 14,7 167 560 68 1260 7000
3. Kiểm tra ổn định nhiệt khi ngắn mạch
Thanh dẫn được chọn có: Icp = 7000A > 1000A nên ta không cần kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt.
4. Kiểm tra ổn định động khi ngắn mạch - Điều kiện ổn định động:
σ1+σ2≤ σcp (5- 7)
(Với thanh góp bằng đồng có:σcp=1400(kg/c m2))
+ Ta lấy khoảng cách giữa các pha là a = 60 cm và khoảng cách giữa hai sứ liền nhau là l = 200 cm.
+ Khi đó lực động điện F(3) giữa các pha khi có ngắn mạch 3 pha là:
F(3)=1,76.l
a.(i(xk3))2.10−2=1,76.200
60 .92,1302.10−2=497,95(kG) + Mômen chống uốn tác dụng lên một nhịp thanh dẫn là:
M1=F(3).l
10 =497,95.200
10 =9959,09(kG . cm)
Vậy:
σ1= M1
WY−Y=9959,09
14,7 =677,49(kG/cm2)
Với Wy-y là mômen chống uốn của thiết diện thanh dẫn đối với trục thẳng góc với phương uốn (Wy-y là khi đặt thẳng đứng)
+ σ2 là ứng suất tính toán do lực động điện giữa hai thanh dẫn trong cùng một pha tạo ra:
σ2= f2.l12
12.Wy−y (5- 8)
+ Lực tác động do dòng ngắn mạch trong cùng 1 pha gây ra trên 1 đơn vị chiều dài thanh góp:
f2=0,51.1
h.(ixk(3))2.1 0−2=0,51. 1
13.92,1302.1 0−2=3,330(kg/cm) Với b = h/2 => h = 2.b = 2 . 65 = 130 (mm)=13 (cm) - Theo điều kiện ổn định động (5-7) ta có:
σ1+σ2≤ σcp⇔ σ1+ f2.l12
12.WY−Y≤ σcp
Ta có:
l1max=√12.WY−Yf.2(σcp−σ1)=√12.14,7.(1400−6773,330 ,49)=195,64(cm)
- Ta thấy: l1max = 195,64 (cm) < l = 200 (cm)
Vậy nên để đảm bảo điều kiện ổn định động ta cần đặt thêm 1 miếng đệm trung gian ở giữa 2 sứ.
5.4.2. Chọn sứ đỡ thanh góp cứng
Sứ đỡ thanh góp cứng được chọn theo các điều kiện sau:
1. Loại sứ
Chọn theo vị trí đặt, ta chọn loại sứ đặt trong nhà có:
• Loại sứ: chọn theo vị trí đặt.
• Điện áp định mức: UđmH ≥ UđmHT = 13,8 (kV)
• Điều kiện ổn định động: F’tt ≤ 0,6.Fph
Hình 5. 4. Sứ đỡ cho thanh góp cứng
Tra Phụ lục 9 - tài liệu tham khảo [1] ta chọn loại sứ: OФ-20-2000KB-Y3 có thông số trong Bảng 5.8:
Bảng 5. 8. Thông số kỹ thuật của sứ đỡ
Loại sứ
Điện áp, (kV) Lực phá loại nhỏ nhất khi
uốn tính, (kg)
Chiều cao, Định mức (mm)
Duy trì ở trạng thái
khô
O-20-2000KB-Y3 20 75 2000 206
2. Kiểm tra ổn định động
- Điều kiện kiểm tra ổn định động của sứ đỡ là:
Ftt' ≤ Fcp=0,6.Fp h (5- 9) Với: Ftt được xác định theo công thức:
Ftt'=F(3).H1 H
(5- 10) Trong đó:
F(3): lực động điện tác động lên thanh dẫn khi ngắn mạch 3 pha;
Fph: lực phá hoại cho phép của sứ;
H: chiều cao của sứ;
H1: chiều cao từ đáy sứ đến trọng tấm tiết diện thanh dẫn, được tính như sau:
H1=h
2+H=150
2 +206=281(mm) Áp dụng công thức
(5-10) ta được:
Ftt'=497,954.281
206=679,25(kg)
Áp dụng công thức (5-9) kiểm tra điều kiện ổn định động của sứ đỡ ta có:
Fcp=0,6.Fp h=0,6.2000=1200(kG)>Ftt'=679,25(kG)
=> Thỏa mãn điều kiện
Vậy sứ đã chọn thỏa mãn điều kiện ổn định động.