THIẾT kế máy điện CÔNG NGHIỆP thiết kế máy biến áp

bulong xuyên qua trụ và gông, sử dụng lõi thép có 4 mối ghép xiên ở 4 góc của lõi, 3 mốinối giữa dùng mối ghép thẳng lá tôn Hình 1-1 Thứ tự ghép lõi sắt ba pha thang trong trụ là 8; số b

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

THIẾT KẾ MÁY ĐIỆN CÔNG NGHIỆP

Thiết kế máy biến áp

Kiều Việt Anh

Anh.kv173636@sis.hust.edu.vn

Ngành Kỹ thuật điện Chuyên ngành Thiết bị điện – điện tử

Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Vũ Thanh

Chữ ký của GVHD

HÀ NỘI, 1/2022

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

NHIỆM VỤ MÔN THIẾT KẾ MÁY ĐIỆN CÔNG NGHIỆP

Điện áp HA : U1= 400V, điện áp CA : U2 = 15000 ± (2 x 2,5 %) V; Sơ đồ và tổ đấu dây quấn D/Yn-11.

Máy biến áp chế tạo theo tiêu chuẩn gam mới, có đặc tính

Làm lạnh bằng dầu biến áp Thiết bị đặt ngoài trời Thiết kế với dây dẫn bằng đồng, loại MBA ba pha trụ cấu trúc phẳng

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 TÍNH TOÁN CÁC KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU 1

1.1 Xác định các đại lượng cơ bản 1

1.2 Chọn các số liệu xuất phát và tính các kích thước chủ yếu 1

1.3 Tính các hệ số để timg hệ số 4

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN DÂY QUẤN 11

2.1 Dây quấn HA 11

2.2 Dây quấn CA 12

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN CÁC THAM SỐ NGẮN MẠCH 19

3.1 Tổn hao 19

3.2 Điện áp ngắn mạch 21

3.3 Tính toán lực cơ học khi ngắn mạch 22

CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN CUỐI CÙNG VỀ HỆ THỐNG MẠCH TỪ 26

CHƯƠNG 5 TÍNH TỔN HAO VÀ DÒNG ĐIỆN KHÔNG TẢI 29

CHƯƠNG 6 TÍNH TOÁN NHIỆT 33

6.1 Tính toán nhiệt của dây quấn 33

6.2 Tính toán nhiệt của thùng dầu Error! Bookmark not defined. TÀI LIỆU THAM KHẢO 38

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1-1 Thứ tự ghép lõi sắt ba pha 2

Hình 1-2 Nửa tiết diện trụ hình bậc thang 4

Hình 2-1 Sơ đồ điều chỉnh điện áp của dây quấn CA 13

Hình 3-1 Thanh dẫn của các dây quấn 20

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1-2 Tính toán sơ bộ MBA 6

Bảng 2-1 Số vòng dây tương ứng trên các đầu phân nhánh 13

Bảng 2-2 Sắp xếp lại số vòng dây ở tất cả các bánh 15

Bảng 2-3 Các thông số của bánh dây 16

Bảng 4-1 Các kích thước của tập lá thép 26

CHƯƠNG 1 TÍNH TOÁN CÁC KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU

1.1 Xác định các đại lượng cơ bản

1.2 Chọn các số liệu xuất phát và tính các kích thước chủ yếu

Chiều rộng quy đổi của rãnh từ tản giữa dây quấn CA và HA:

- Với U th2 = 35 kV, theo bảng 19 ta có a 12 = 9 mm và ống cách điện dày 12 = 3

1 + 2

4

= √ ′ 10 −2 = 0,01633

Chọn tôn cán lạnh mã hiệu 3404 có chiều dày 0,35mm

bulong xuyên qua trụ và gông, sử dụng lõi thép có 4 mối ghép xiên ở 4 góc của lõi, 3 mốinối giữa dùng mối ghép thẳng lá tôn

Hình 1-1 Thứ tự ghép lõi sắt ba pha

thang trong trụ là 8; số bậc thang của gông là 7 (chọn thấp hơn trụ 1 bậc)

2

- Suất tổn hao trong trụ và gông theo bảng 45 (trang 220):

- Suất từ hóa trong trụ và gông theo bảng 50 (trang 224):

- Suất từ hóa ở khe hở không khí theo bảng 50 (trang 224):

- Trụ và dây quấn HA: 1 = 0

Các hằng số tính toán: Tra bảng 14; 15

Chọn a = 1,4 và b = 0,3

nhật tương đương với cạnh là ed, ở đây ta chọn e = 0

3

Hình 1-2 Nửa tiết diện trụ hình bậc thang

1.3 Tính các hệ số để tìm hệ số

Trong thiết kế người ta dùng hệ số để chỉ quan hệ giữa chiều rộng và chiều cao của

máy

Sự lựa chọn hệ số không những ảnh hưởng đến mối tương quan khối lượng vật liệu

thép, dây đồng mà còn ảnh hưởng đến các thông số kỹ thuật như: Tổn hao không tải,

tổn hao ngắn mạch…

Về mặt kinh tế: Nếu máy biến áp có cùng công suất, điện áp, các số liệu xuất phát,

và các tham số kỹ thuật thì khi nhỏ, máy biến áp “gầy” và cao, nếu lớn thì máy biến

áp “ béo” và thấp Với những trị số khác nhau thì tỷ lệ trọng lượng sắt và trọng

lượng đồng trong máy biến áp cũng khác nhau nhỏ trọng lượng sắt ít, lượng đồng

nhiều, tăng lên thì lượng sắt tăng lên, lượng đồng nhỏ lại

Đối với máy biến áp ba pha, dùng tôn cán lạnh:

=0,

01478.x

2,

Với kết cấu mạch từ như Hình 1 , có thể tính toán sơ bộ tổn hao không tải theo công

thức (5-23) với các hệ số tra ta tra bảng

với MBA ba pha N = 4)

hợp của mối nối thẳng và mối nối nghiêng khác nhau tra bảng 46a (trang 221)

5

Công suất từ hóa có thể tính sơ bộ theo công thức (5-31):

với MBA ba pha N = 4)

nhiều bậc với tôn cán lạnh 3004 có ủ sau khi cắt dập

những MBA có công suất 1000-6300 kVA

Bảng 1-1 Tính toán sơ bộ MBA

Bảng tính toán sơ bộ MBA BAD 315/15

6

x 1.047 1.158 1.245 1.316 1.377 1.383 x^2 1.095 1.342 1.549 1.732 1.897 1.912 x^3 1.147 1.554 1.928 2.280 2.614 2.644 A1/x 205.22 185.43 172.57 163.20 155.93 155.33 A2*x^2 22.31 27.32 31.55 35.27 38.64 38.94

Gt 227.53 212.76 204.12 198.48 194.57 194.27 B1*x^3 172.84 234.27 290.68 343.64 393.99 398.59 B2*x^2 9.64 11.81 13.64 15.24 16.70 16.83

Gg 182.48 246.08 304.32 358.88 410.69 415.42

GFe 410.01 458.83 508.43 557.36 605.26 609.69 Go=14.71*x^3 16.87 22.86 28.36 33.53 38.44 38.89 1.391*Gt 316.49 295.95 283.93 276.08 270.65 270.23 1.308*Gg 254.74 343.52 424.83 501.00 573.32 579.93 5.89*Go 99.34 134.64 167.07 197.50 226.44 229.08

Po 670.57 774.11 875.82 974.58 1070.42 1079.24

Tt = 0.01478x^2 0.01619 0.01983 0.02290 0.02560 0.02804 0.02826 2.09*Gt 475.53 444.66 426.60 414.82 406.66 406.02 1.855*Gg 338.50 456.47 564.51 665.73 761.83 770.60 65.51*Go 1104.86 1497.53 1858.14 2196.65 2518.53 2547.93 272.05*x^2 298.02 364.99 421.46 471.20 516.18 520.19

Qo 2216.91 2763.66 3270.71 3748.40 4203.20 4244.75

io = Qo/10S(%) 0.704 0.877 1.038 1.190 1.334 1.348 Gdq 261.42 213.45 184.85 165.34 150.93 149.77 1.03Gdq 269.27 219.85 190.40 170.30 155.46 154.26 Gdd = 1.03*1.03Gdq 277.34 226.45 196.11 175.41 160.12 158.89 kdq*Gdq 654.53 534.42 462.82 413.96 377.89 374.98 C'td 1064.54 993.26 971.26 971.32 983.16 984.67

∆ 5109517 5654611 6076275 6424878 6724503 6750572

d 0.1514 0.1675 0.1800 0.1904 0.1992 0.2000 d12 0.2119 0.2345 0.2520 0.2665 0.2789 0.2800

+ Đường kính trung bình của rãnh dầu sơ bộ

8

9

10

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN DÂY QUẤN

quấn khi điều chỉnh điện áp, ta bố trí thêm 6 rãnh dầu ngang mỗi rãnh 10 mm ở giữa chiều

cao dây quấn HA, do đó chiều cao thực của dây quấn

Theo bảng 18, ta tìm được 1 = 5 , dây quấn được quấn trên ống bìa bakêlit.

Máy biến áp sau khi thiết kế có thể lắp đặt ở nơi gần nguồn hoặc xa nguồn vì thếđiện áp đưa vào cuộn sơ cấp (cao áp) thay đổi một lượng U nào đó, Vì vậy để duy trìđiện áp đầu ra ổn định trong một phạm vi nào đó ta phải chọn đầu phân áp cho phùhợp trước khi lắp đặt.

Dòng điện làm việc qua các tiếp điểm: I

2

=12.12 A

- Điện áp làm việc Ulv: 10% (U 2 /√3) = 866 V

Hình 2-1 Sơ đồ điều chỉnh điện áp của dây quấn CA

Số vòng dây của cuộn CA ứng với điện áp định mức:

2 = 1 2 = 24.15000 = 1559 (trang 90)

1 230.9

Số vòng dây cuộn CA ở một cấp điều chỉnh:

đ2 =

Số vòng dây tương ứng trên các đầu phân nhánh

Bảng 2-1 Số vòng dây tương ứng trên các đầu phân nhánh

13

không quá 35 kV

Chiều dày dây quấn

Bảng 2-3 Các thông số của bánh dây

Số bánh dây trên trụ 34 18 18 4 74

Số vòng một bánh 28 22 11.5 11

Số vòng toàn bộ 952 396 207 44 1599 Kích thước dân dẫn

1.40 x

- Không có cách điện

3.75 (mm)

1.40 x 3.75 2.90 x

- Có cách điện (mm) 1.90 x 4.25 5.25 Tiết điện vòng dây(mm) 4.28 4.28 4.28 4.28 4.28 Mật độ dòng

-điện(MA/m2) 2.83 2.83 2.83 2.83 2.83 Kích thước (mm)

- hướng kính 53.2 41.8 21.85 20.9 53

- hướng trục 4.25 4.25 4.25 4.25 600 Trọng lượng dây

(bảng 24)

Đường kính trong

D'2(m) 0.218 0.218 0.218 0.218 0.218 Đường kính ngoài D''2

18

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN CÁC THAM SỐ NGẮN MẠCH

Tính toán ngắn mạch trong máy biến áp liên quan đến việc tính toán tổn hao ngắn

dây khi ngắn mạch,

Tổn hao ngắn mạch có thể chia ra các thành phần như sau:

gây nên,

Thường tổn hao phụ được gộp vào trong tổn hao chính bằng cách thêm vào hệ số tổn

+ m: là số thanh dẫn của dây quấn song song với từ thông tản, m = 48

Hình 3-1 Thanh dẫn của các dây quấn

( a, b là kích thước dây dẫn theo hướng thẳng góc (song song) với từ thông tản)

k f2 = 1 + 0, 095.10 8 2 a4 n2 = 1 + 0, 095.10 8 0, 00746. (1, 4.10−3 )2 222 =1, 00009

Với:

Tổn hao trong dây dẫn ra

Tổn hao trong dây dẫn ra:

20

➢ Trọng lượng đồng dây dẫn ra:

1 = 1 1 = 4,51.384.5 10 −6 8900 = 5,683 (4 − 16)

1 = 2,4 10 −12 ∆1 2 1 = 2,4 10 −12 (3,21 10 6 ) 2 5.683

3.3 Tính toán lực cơ học khi ngắn mạch

Trị số hiệu dụng của dòng điện ngắn mạch xác lập

Lực cơ học tác dụng lên dây quấn: Lực này do tác dụng của dòng điện trong dây

quấn với từ thông tản, Khi ngắn mạch, lực cơ học tác dụng lên dây quấn không đều

nhau, Mặt khác giữa các vòng dây còn có cách điện, có đệm lót… Và do đó tính đàn

hồi của các chi tiết đó có ảnh hưởng đến lực tác dụng lên dây quấn nên thực tế lực

tác dụng đó lại nhỏ hơn lực cơ học đã tính toán,

Lực hướng kính (lưc ngang trục)

Lực nén chiều trục cực đại trong các dây quấn:

1 =′ +′′ = 37256,81 + 184350,24 = 221607,06 2=′′ −′ = −37256,81 + 184350,24 = 147093,43

Lực nén chiều trục lớn nhất tác dụng lên chính giữa dây quấn HA, tại đó 1 = 221607,06

Ứng suất nén lên các tấm đệm cách điện và giữa các bánh dây:

Lưu đồ thuật toán

25

CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN CUỐI CÙNG VỀ HỆ THỐNG MẠCH TỪ

Chọn kết cấu lõi thép: Chọn kết cấu lõi thép kiểu 3 pha 3 trụ, lá thép ghép xen kẽ

làm bằng tôn cán lạnh 3404 dày 0,35 mm có 4 mối nối nghiêng ở 4 góc, trụ ép bằng

đai vải thủy tinh, không có tấm sắt đệm, gông ép bằng xà ép gông

Kích thước các tập lá thép tra theo bảng 41b (trang 214)

Lưu đồ thuật toán

28

CHƯƠNG 5 TÍNH TỔN HAO VÀ DÒNG ĐIỆN KHÔNG TẢI

29

+ Mối nối thẳng đối với gông: nkg = 2

Sai lệch so với tiêu chuẩn:

1078,523 −1050

1050

( Nằm trong phạm vi cho phép là ± 7,5% )Theo bảng 50- trang 224 có:

Suất từ hóa đối với trụ:

Suất từ hóa đối với gông:

- Hệ số kể đến sự tăng công suất từ hoá do tháo lắp gông trên để cho dây quấn

Công suất từ hóa không tải:

Dòng điện không tải toản phần:

31

Hiệu suất của máy biến áp khi tải định mức:

= 98,36%

32

CHƯƠNG 6 TÍNH TOÁN NHIỆT

6.1 Tính toán nhiệt của dây quấn

Nhiệt độ chênh trong long dây quấn với mặt ngoài của nó:

Dây quấn HA:

Nhiệt độ chênh giữa mặt ngoài dây quấn đối với dầu:

Dây quấn HA:

Dây quấn HA:

, 1 = 0,62 + 11,56 = 12,18Dây quấn CA:

, 2 = 0,34 + 8,76 = 9,1

6.2 Tính toán nhiệt của thùng

Theo bảng 57, với công suất của máy biến áp, ta chọn kết cấu thùng vách phẳng có

Để tâm trụ MBA ở giữa, ta lấy B = 0,48 m

Chiều dài thùng dầu:

A = 2C + B = 2.0,52 + 0,76 = 1,8 m

Chiều cao ruột máy:

1 = + 2ℎ + 10 −3 = 0,6613 + 2.0,25 + 0,05 = 1,21 (6 − 19)

34

Khoảng cách từ gông trên đến nắp thùng theo bảng 58 khi bộ điều chỉnh điện áp đặt

nằm ngang giữa gông trên và nắp thùng, ta lấy:

2 =400 =0,4

Chiều cao thùng:

H = 1,21 + 0,4 = 1,61 m

Để mở rộng được bề mặt làm lạnh cần thiết hợp lý nhất là chọn bộ tản nhiệt kiểu

Để bố trí được bô tản nhiệt đã chọn, ta tính lại chiều cao thùng như sau:

= + 1 + 2 =1,12+0,085+0,1=1,4

Nhiệt độ chênh trung bình cho phép của dầu đối với không khí khi dây quấn HA

nóng nhất:

, = 65 − 12,18 = 52,82Nhiệt độ chênh của lớp dầu trên so với không khí:

Trong đó 0,16 là bề rộng hai bên của vành nắp

0,5 là hệ số kể đến sự che khuất của bề mặt thùng

14.4,96 + 8,87 + 0,81

Nhiệt độ chênh trung bình của dầu đối với môi trường xung quanh:

36

′ = + = 4,899 + 45,03 = 49,93Nhiệt độ chênh của lớp dầu trên đối với môi trường xung quanh:

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Phan Tử Thụ (2006) Thiết kế máy biến áp điện lực NXB Khoa học và Kỹ thuật.

38