thiết kế máy biến áp điện lực công suất 630kva

Lời nói đầuNgày nay trình độ khoa học phát triển mạnh mẽ có nhiều nghành khoa học quan trọng ra đời như điện điện tử tin học cùng với sự phát triển khoa học kỹ thuật nền kinh tế cũng phá

Lời nói đầu

Ngày nay trình độ khoa học phát triển mạnh mẽ có nhiều nghành khoa học quan trọng ra đời như điện điện tử tin học cùng với sự phát triển khoa học kỹ thuật nền kinh

tế cũng phát triển mạnh mẽ đặc biệt là nền công nghiệp đã có nhiều các nhà máy, xí nghiệp ra đời với trình độ cao, hiện đại hoá trên cả nước vì vậy yêu cầu đất nước phải

có một hệ thống điện ổn định ,chất lượng cao để đáp ứng và phục vụ đắc lực cho sản xuất và đời sống.để đảm bảo điều đó việc truyền tải điện năng phải ngày càng đổi mới

và hoàn thiện về các trang thét bị và kỹ thuật

Máy biến áp điện lực là một bộ phận rất quan trọng trong hệ thống điện việc tải điện năng đi xa từ nhà máy điện bộ phận tiêu thụ trong các hệ thống điện hiện nay cần phải có tối thiểu 3 đến 4 lần tăng giảm điện áp do đó tổng công suất đặt (hay dung lượng)của các máy biến áp gấp mấy lần công suất của máy phát điện gần đây người ta tính ra rằng nó có thể gấp đến 6 hay 8lần hay cao hơn nữa hiệu suất của máy biến áp thường rất lớn (98-99)% nhưng vì số lượng máy biến áp nên tổng tiêu hao trong hệ htống rất đáng kể vì thế cần chú ý đến việc giảm tổn hao nhất là tổn hao không tải trong máy biến áp Để giải quyết vấn đề này hiện nay trong nghành chế tạo máy biến

áp, người ta chủ yếu sử dụng thép cán lạnh, có suất tổn hao và công suất từ hoá thấp mặt khác còn thay đổi các kết cấu từ một cách thích hợp như ghép mối nghiêng các lá thép tôn trong lõi thép, thay các kết cấu bu lông ép trụ và xuyên lõi thép bằng các vòng đai ép hay hay dùng những qui trình công nghệ mới về cắt dập lá thép, tự động

về ủ lá thép, về lắp ráp nhờ vậy mà công suất và điện áp của các mba đã được nâng cao rõ rệt

Ở nước ta sau ngày hoà bình lập lại mới tiến hành thiết kế và chế tạo MBA mặc

dù đây là công việc mới mẻ cơ sở sản xuất nhỏ ,dụng cụ máy móc còn thiếu nhưng đến nay ta đã sửa chữa,thiết kế chế tạo được một khối lượng MBA khổng lồ phục cho

cơ sở sản xuất trong nước một số MBA nước ta sản xuất đã xuất khẩu sang một số nước Đó là những cố gắng và tiến bộ của nghành chế tạo MBA ở nước ta

Cao Xuân Tuyển Đoàn Mạnh Hùng

PHẦN I: TÍNH TOÁN CÁC KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU CỦA MÁY

BIẾN ÁP

I TÍNH CÁC ĐẠI LƯỢNG CƠ BẢN

1 Dung lượng một pha

S f =

m

S

=

3

630

= 210 (kVA)

2 Dung lượng trên mỗi trụ

S' =

t

S

=

3

630

= 210 (kVA) Trong đó:

t: là số trụ tác dụng (là trụ trên đó có dây quấn đối MBA 3 pha t =3)

m: là số pha

s: là công suất định mức của mba

3 Dòng điện dây định mức tính tương ứng với dây quấn cao áp, hạ áp

Đối với mba 3 pha:

I =

U

S

3

1000

(U là điện áp dây tương ứng)

Phía cao áp:

I1 = 3 3

10 10 3

10

S

=

1000 10 3

1000 630

= 36,3731(A)

Phía hạ áp:

I2 = 3

3

10 4 , 0 10 3

10

S

=

1000 4 , 0 3

1000 630

=909,3267 (A)

4 Dòng điện pha

Vì tổ nối dây của mba là -12 nên dòng điện pha bằng dòng điện dây

Phía cao áp: If1 = I1 = 36,41 (A)

Phía hạ áp : I2 = I2 = 910,4 (A)

5 Điện áp pha

Điện áp phía cao áp: Uf1 = U1 = 10 000 (V)

Điện áp phía hạ áp: Uf2 = U2 = 400 (V)

6 Các thành phần điện áp ngắn mạch

Thành phần tác dụng của điện áp ngắn mạch

Ur =

S

Pn

.

10 =

630 10

6010

= 0.954%

Thành phần phản kháng của điện áp ngắn mạch

Ux = U2n U2r

 = 2 2

206 , 1 5 ,

5  = 5,36615%

7 Xác định điện áp thử

Đây là yếu tố quan trọng để xác định khoảng cách ,cách điện ,giữâ các dây quấn ,các thành phần điện dẫn khác và các bộ phận nối đất của mba

tra theo bảng 2 ta có

Với cuộn cao áp U1 = 10(kv) suy ra Ut1 = 35(kv)

Với cuộn hạ áp U2 = 0,4(kv) suy ra Ut2 = 5(kv)

II THIẾT KẾ SƠ BỘ LÕI SẮT VÀ TÍNH TOÁN CHỦ YẾU CÁC KÍCH

THƯỚC

1.Lõi sắt

Lõi sắt là phần mạch từ của MBA, thường được thiết kế theo kiểu hình trụ, lõi này do các lá thép kỹ thuật (như tôn silíc ghép lại với các kích thước lá thép khác nhau Được ghép bởi các gông từ, xà ép tạo thành bộ khung Vì lõi thép là mạch từ nên lõi sắt cần được tạo từ các lá thép đảm bảo chất lượng cũng như kích thước, thường ngày nay người ta sử dụng tôn cán lạnh kích thước là 0.5 và 0.35(mm), làm sao phải đảm bảo tổn hao không tải ít nhưng kết cấu đơn giản đảm bảo về cơ học cũng như lực tác dụng của từ trường

2 Chọn tôn silíc, cách điện của chúng và cường độ tư cảm trong mba

Trong nhiều năm về trước lõi sắt MBA chủ yếu dùng tôn cán nóng với đặc điểm có từ cảm trong lõi dưới 1.45(T) nhưng do suất tổn hao lớn làm cho tổn hao không tải, dòng không tải tăng lên.hiện nay người ta thường sử dụng tôn cán lạnh với đặc điểm có suất tổn hao không tải thấp nên nó có thể chọn mật độ từ cảm từ 1,6  1,65(T), đặc biệt khi tăng lên 1,7(T) điều này sẽ dẫn đến giảm kích thước, trọng lượng MBA, giảm được cả tổn hao không tải, ngắn mạch và dòng điện không tải một cách đáng kể Qua sự so sánh trên tôi quyết định dùng tôn cán lạnh độ dầy 0.35(mm) mã hiệu 3404 làm vật liệu chế tạo MBA

Phương pháp cách điện giữa các lá thép khi vận hành, cách điện là một yếu tố quan trọng của MBA vì MBA khi vận hành nếu cách điện không tốt giữa các lá thép dòng phu cô sẽ gây phát nóng khung từ và có thể gây hiện tượng quá nhiệt vượt quá nhiệt

độ cho phép

Đối với đều kiện nhiệt đới nước ta, không thể dùng giấy cách điện vì giấy sẽ hút ẩm và làm điện trở cách điện giảm, vì vậy chọn phương pháp cách điện lá thép ủ 2 lớp sơn với hệ số lấp đầy tra theo bảng 10 Kđ=0.955

3 Chọn kim loại làm dây quấn

Trong nhiều năm đồng vẫn là kim loại duy nhất dùng để chế tạo dây quấn với ưu điểm

dễ dàng gia công, có điện trở suất nhỏ ,dẫn điện tốt độ bền cơ học cao.Trong những năm gần đây người ta dùng dây nhôm làm dây quấn thay đồng với ưu điểm nhẹ hơn,

rẻ hơnnhưng có nhựoc điểm là độ bền cơ học kém hơn do đó dẫn điện kém hơn và khó khăn gia công khi dùng dây nhôm thay đồng để đảm bảo một công suất tương đương, thể tích nhôm tăng lên, giá thành các công việc về chế tạo dây quấn, chi phí về vật liệu cách điện tăng lên So sánh giữa 2kim loại trên tôi dùng dây đồng làm dây quấn cho MBA

4 Hệ số qui đổi từ trường tản thực về từ trường

-hệ số Rogốpki Kr=0.95

5 Cấu trúc trụ và gông

Theo bảng 4 chọn trụ có 6 bậc, có hệ số chêm kín Kc= 0,901

Theo bảng 6 chọn gông có 7 ép gông bằng xà bu lông đặt phía ngoài gông

- Hệ số tăng cường tiết diện gông :KG=1,025

- Hệ số đầy rãnh phủ 2 lượt sơn: Kđ = 0,955

_ hệ số lợi dụng lõi sắt :Kl = Kc.Kđ = 0,901.0,955= 0,8605

6 Chọn mật độ từ cảm cho mạch từ

- Theo bảng 11 chọn :

+ Hệ số từ cảm trong trụ :BT=1,6

+ Hệ số từ cảm trong gông :BG=

G

T

K

B

=1,1025,6 =1,56 (T)

- Theo bảng 45 ta có suất tổn hao thép

+Trong trụ : PT=1,295(W/Kg)

+Trong gông :PG=1,207 W/Kg)

- Theo bảng 50 ta có suất từ hoá

+Trong trụ qT=1,775 (VA/Kg)

+Trong gông qG=1,575 (VA/Kg)

+ Khe hở không khí qk= 2,35 ( VA/cm2 )

7 Chọn các khoảng cách, cách điện chính.

Với điện áp thử bên cao áp là Ut=35 (KV)

Tra bảng 18và19 ta có:

CA: l02=3(cm) ;a12=0,9(cm) ;12=0,3 (cm) ;

lđ2=1,5(cm) ;a22=1(cm) ; 22=0,8(cm)

HA: l01=1,5(cm) ; 01=0,05(cm) ;a01=0,5(cm)

8 Chiều rộng rãnh từ tản qui đổi

aR=a12 + 3

2

Trong đó

3

2

=k.4 S' =0,534 210=2,0176 theo (2-36)

a12=0,9(cm)

k=0,53 tra bảng 12 ta có

aR=0.9 + 2,0176 =2,9176 (cm)

9 Các hằng số tính toán.

Theo bảng 13, 14 ta có a = 1,36 ; b =1,4

Hệ số tính đến tổn hao phụ Kf = 0.93 tra bảng 15

10 Chọn hệ số  =1,8  2,4.để chọn chính xác ta đi tính các hệ số.

Theo (2-38)

.

'.

l T x

R R

k B u f

k a S

=0.1947

Theo (2-43)

A 1 =5.663.10 4 a.A3.k l =5,663.10 4 1,36 (0,1947) 3 0,8605 = 489,1156(kg)

Theo (2-44)

A 2 =3.605.10 4 A2.k l l 02 =3.605.10 4 (0,1947) 2. 0,8605 0,3= 35,2766(kg)

Theo (2-49)

B 1 =2,4.10 4 k G k L A 3

B 2 = 2,4 10 4 k G k L A 2 (a 12 +a 22 )= 15,2457

-Theo(2-56) ta có:

C 1 =K dq

ñ T

L

f k B A U

k

a S

.

.

2 2 2

2

= 449,6850

Vì ta dùng tôn cán lạnh 3404 nên Kdqfe=1,84; K=1,06

đạo hàm (2-59) và cho triệt tiêu sẽ xách định được x ứng với giá thành vật liệu tác dụng cực tiểu ứng với phương trình

X5 + Bx4- Cx -D = 0

với B =

1

2 2

3

) (

2

B

A

B 

= 0,0994

1

1

.

3 B

A = 0.4809

1

1

3

2

B

C K dqFe k = 1,7247

Ta có phương trình cực tiểu: X5 + 0,0994X4 – 0,4809X – 1,7247 = 0

Giải phương trình ta có: x = 1.1602

- Theo(2-66): trọng lượng một góc khung từ tiết diện gồm nhiều bậc

Go=0,45.104.kG.kL.A3.x3= 49,4066 (kg)

- Tiết diện trụ sơ bộ

TT=0,785.kl 2

A x2 = 0.0345 (m2)

Bảng kinh tế:

=

Po =kf’*(pT*GT + pG*GG)

( số kf’=1,02 tra ở bg 43) 1271,3066 1232,7195 1300,1693

Qo=1,25(Qc+Qf+Qk) 9748,2487 9686,2519 9794,7122

Δ=

dq

cu

n

f

G

k

p

k.

Dựa vào bảng đã lập ta chọn : d = 22 (cm)

Trọng lượng dây quấn

Cdq= 417,8262 (kg)

Trọng lượng lõi sắt

Đường kính trụ sắt:

d= A.x =1,947.1,602 = 0,2259(m)

Đường kính trung bình sơ bộ:

d12= a.d = 1,36.0,2259 = 0,3072(m)

Chiều cao dây quấn:

L 2 = π.βd12

= 0,5326 (m)

13 Tiết diện hiệu dụng của lõi sắt

T T = k đ k v

4

.

πd2 = 0,036 (m 2 )

14 Điện áp sơ bộ một vòng dây.

u v = 4,44.f.B T. T T = 4,44 50.1,6 0.0360 = 12,7851 (V)

PHẦN II: TÍNH TOÁN DÂY QUẤN MÁY BIẾN ÁP

Tính toán dây quấn phải đảm bảo yêu cầu về vận hành như dây quấn đảm bảo cách điện,chịu được điện áp cao khi bị quá áp do đóng cắt mạch điện hay sét

đánh,đồng thời chịu được đọ bền cơ khi ngắn mạch dây quấn, phải chịu được nhiệt trong thời gian nhất định.

Các thông số kỹ thuật như sau :

S = 630 (kVA); I 1 = 36,3731 (A); I 2 = 909,3267 (A).

U f1 = 10000 (V) ; U f2 = 400 (V);

A.TÍNH TOÁN DÂY QUẤN HẠ ÁP.

1.Số vòng dây một pha:

W 2 =

V

ï

u

U 2

=10400,4614 = 31,2865 (vòng)

2 Điện áp thực trên một vòng dây.

2

2



W

U f

= 12,9032 (V)

3 Cường độ từ cảm thực

B T =4,44. . 4,4412.50,9032.0,036

T

v

T f

u

=1,6148(T)

4 Chiều cao hường trục của mỗi vòng dây tính sơ bộ (kể cả cách điện)

Theo (3-7) ta có:





 38 4

4023 , 0 h

4 r2

2

2

W

l

0,006=0,0092 (m)

5 Mật độ dòng điện trung bình sơ bộ.

Δ tb=0,746.kf

12

.

.

d S

u

P n V

=2754247,89 (A/m2) = 2,7542(A/mm2)

6 Tiết diện sơ bộ của một vòng dây tính sơ bộ của dây quấn hạ áp là:

T 2 = 2 2,5257542



tb

f

I

7 Từ các chỉ tiêu kỹ thuật, dung lượng, dòng điện, điện áp, tiết diện dây quấn.

Từ các chỉ tiêu kỹ thuật ta chọn dây quấn hạ áp là dây quấn xoắn đơn, với 6

dựa vào bảng 21 ta tra được: a =3,55 (mm), b =9,0 (mm) và kích thước được ghi như sau:

Mã số * số sợi chập * Kích thước dây trần/ Kích thước cách điện:

Tiết diện

*nv2 * ' '

.

.

b a

b a ; T d2  *6*43,,5505..99,,05;31,95

8 Thiết diện thực mỗi vòng dây.

T 2 = n v2 T d2 =6.31,95=191,7 (mm2)

9 Mật độ dòng điện thực

7 , 191

525 2

2

T

I f

10.Chiều cao tính toán thực của dây quấn hạ áp

11 Bề dầy của dây quấn.

a 2 = 1 a'

n

n v

=6.0,00405=0,0243(m).

12 Đường kính trong của dây quấn hạ áp.

D 2 ’=d+2.a 01 =0,2359 (m)

13 Đường kính ngoài của dây quấn hạ áp.

D 2 ’’=D 2 ’+2.a 2 =0,2845 (m).

14 Bề mặt làm lạnh của dây quấn hạ áp.

M 2 =2.3,14t.k.(D 2 ’+a 2 ).(a 2 +2.b’)w 1

=2.3,14.3.0,75.(0,2359+0,0243).(0,0245+2.0,0095).31

15 Trọng luợng của dây quấn hạ áp.

G CU2 =28.t.(D 2 ’+D 2 ’)/2(w 2 T 2 5

16 Tăng trọng luợng của dây quấn hạ áp.

B TÍNH TOÁN DÂY QUẤN CAO ÁP.

1.Số vòng dây của dây quấn cao áp ứng với điện áp định mức.

W 1đm =w 2

2

1

f

f

U

U

=775(vòng)

2 Số vòng dây của một cấp điều chỉnh.

Theo 3-27b ta chọn 4 cấp điều chỉnh.

3 Số vòng dây tương ứng ở các đầu phân áp là.

Vì dây quấn có 4 cấp điều chỉnh điện áp nên:

 2,5%.Uđm = 0,025.10000 = 250 (v).

Ta có các đầu phân nhánh ứng với 5 số vòng dây sau:

Cấp 1: W 1 = W 1đm + 2W đc = 813(vòng)

Cấp 2: W 1 = W 1đm + W đc = 794(vòng)

Cấp 3: W 1 = W 1đm = 775(vòng)

Cấp 4: W 1 = W 1đm - W đc =756 (vòng)

Ta có sơ đồ các đầu phân áp:

4 Sơ bộ chọn tiết diện dây dẫn.

dây dẫn hình chữ nhật.

T 1 ’=

1

1



I

Ta chọn loại dây có mã hiệu sau:

n v1 *

1

1

'

d

d

; T d1  *1*43,,38;11,34

5)Tiết diện thực của mỗi vòng dây.

T 1 =n v1 T d1 =11,34( 2

6)Số vòng dây trong một lớp.

W l1 =

1

'

1

2

.d

n

l

v

=36,93/11,34=85,814(vòng)

9).Số lớp của dây quấn.

1

L

W

W

= 6,45( lớp ) Lấy 7 lớp.

10).Điện áp làm việc giữa 2 lớp kề nhau.

U L1 =2.W L1 U V =1903,4896 (V).

11) Phân phối số vòng dây trong các lớp dây quấn.

Phân phối số vòng dây trong một lớp.

1 lớp điều chỉnh X 4.19 Vòng = 76Vòng

4 lớp bình thường X 117 Vòng = 468Vòng

1 lớp bình thường X 116 Vòng = 116 Vòng

1 lớp bình thường X 115 Vòng =115 Vòng

 = 7 lớp  = 775 vòng

Kiểm tra lại chiều cao của dây quấn cao áp

L 1 = (W L1 + 1 ).d'.n v1 +  ( = 0,5 vì dây quấn không chặt)

12) Chiều dầy dây quấn cao áp

a 1 = d '

13) Đường kính trong của dây quấn cao áp.

D " là đường kính ngoài của dây quấn hạ áp

14) Đường kính ngoài của dây quấn cao áp

15) Khoảng cách giữa 2 trụ cạnh nhau

16) Bề mặt làm lạnh của dây quấn cao áp.

M 1 =1,5.t.k..(D' 1 +D'' 1 ).l 1 10 - 4=4,5289 (m 2 )

17) Trọng lượng của dây quấn cao áp

G cu1 =28.t.

2

"

' D

D 

.W đm T T 10 -5 =28.3 =164,0573 (kg)

D tb =

2

"

' D

D 

là đường kính trung bình của dây quấn cao áp (cm)

t = 3 là số trụ tác dụng

18)Tăng trọng luợng của dây quấn.

Tóm lại:Trọng luợng của toàn bộ dây quấn CA và HA

G CU =169,7993+128,1252=297,9255(kg)

Phần III: Tính toán mạch từ và tham số không tải

I) Xác định kích thước cụ thể của lõi sắt

1)Ta chọn kết cấu lõi thép 3 pha 3 trụ

Các lá thép làm bằng tôn cán lạnh 330A dày 0,35 mm có 4 mối nối nghiêng ở 4 góc trụ ép bằng nêm với dây quấn ,trụ có 8 bậc ,gông có 6 bậc

2 Dựa vào đường kính d=22(cm) theo bảng 38 ta chọn chiều dày ,chiều rộng của các bậc thang

Chiều dày 23 28 15 12 9 5 4 7

Chiều rộng 215 195 175 155 135 120 105 75

3)Tiết diện bậc thang của trụ

Theo 5-1 ta có T bt  2 a t b t

Tbt=2(7,5.0,7+10,5.0,4+12.0,5+13,5.0,9+15,5.1,2+17,5.1,5+14,5.2,8+

+21,5.2,3)=353 cm2

3).Tiết diện có ích của trụ sắt

TT =TbT.kđ(cm2)=317,7 (cm2)

4).Chiều dầy của gông

Bg =2 b t=20,6 cm

5).Tiết diện có ích của gông là

Tbg =2.(15,5.2+13,5.2,3+12+10,5.0,7+8,5.1,4)=187,5

6) Tiết diện thực của gông

TG = 2.T’

G.kd (cm2) = 187,5.0,94 = 176,25(cm2)

7) Chiều cao của trụ sắt

lT = l+ l’

0+ l’’

0 (cm) Với l0' = 3 (cm) , l0" = 3 (cm) (tra bảng 18,19)

LT =3 + 3 + 31,744 = 37,744 (cm)

8) Khoảng cách giữa hai trụ cạnh nhau

C = D’’

1+ a22 (cm) = 25,676 + 1 = 26,676 (cm) Trị số C được lấy tròn đến 0,5 (cm)

Dùng để xác định các kích thước của mạch từ phẳng

9) Số lá thép trong từng bậc của trụ và gông

Theo (5-5) ta có: n =

t

d

t k b



.

= bt 00,,3591 = 2,6.bt

t : chiều dày của một lá tôn t = 0,35 (cm)

kd : hệ số đầy của tập lá thép

Vậy ta có:

2 10,28 10

3 12,857 13

4 23,143 23

5 30,85 31

6 38,571 39

7 71,99 72

8 59,14 59

10) Trọng lượng sắt của trụ và gông

a) Trọng lượng sắt của một góc mạch từ :

Đó là phần chung nhau của trụ và gông giới hạn bởi hai mặt trụ vuông góc với nhau được tính theo công thức :

Gg = 2.kd..10-6.

n

iT ig

iT a b a

1

.

Gg = 61,5942 (kg)

Trong đó: kd là hệ số lấp đầy

 = 7650 kg/m3 là tỷ trọng thép với thép cán lạnh

aiT, aiG : Chiều rộng của từng tập lá thép trụ và gông ở mối nối

biT : Chiều dày các tập lá thép của trụ b) Trọng lượng sắt gông: