Hiện nay, kinh tế nước ta ngày càng phát triển, chính vì thế mà nhu cầu tiêu thụ điện năng ngày càng tang cao. Điện năng muốn đến tay người tiêu thụ thì phải được truyền tải trên đường dây đi một khoảng cách khá xa, nếu truyền tải trên một khoảng cách xa như vậy thì tổn thất công suất trong quá trình truyền tải sẽ rất lớn nếu không có biện pháp truyền tải hợp lý. Vấn đề được đặt ra cho ngành điện là đưa tiện năng đến người tiêu dung sao cho tổn thất công suất là thấp nhất. Như ta đã biết, cùng một công suất truyền tải trên đường dây, nếu điện áp được tang cao thì dòng điện chạy trên đường dây sẽ giảm xuống. Như vậy, có thể làm cho tiết diện dây nhỏ đi, do đó trọng lượng và chi phí dây dẫn sẽ giảm xuống, đồng thời tổn hao năng lượng trên dây dẫn cũng giảm xuống. Vì thế, muốn truyền tải công suất lớn đi xa, ít tổn hao và tiết kiệm kim loại màu, trên đường dây người ta phải dung điện áp cao, thường là 35, 110, 220, 500kV. Trên thực tế, các máy phát điện ít có khả năng phát ra điện áp cao như vậy, thường chỉ từ 3 đến 21kV, do đó phải có thiết bị để tăng điện áp ở đầu đường dây lên. Mặc khác, các hộ tiêu thụ thường sử dụng điện áp thấp, từ 0,4 đến 6kV, do đó cần có thiết bị để giảm điện áp xuống để đáp ứng nhu cầu của hộ tiêu thụ. Thiết bị để đáp ứng nhu cầu tăng điện áp ở đầu ra của máy phát và giảm điện áp để đáp ứng cho hộ tiêu thụ chính là máy biến áp. Thực tế, trong hệ thống điện lực muốn truyền tải và phân phối công suất từ nhà máy điện đến hộ tiêu thụ một cách hợp lý, thường phải qua 3, 4 lần tăng và giảm điện áp. Do đó, tổng công suất của máy biến áp trong hệ thống điện lực thường gấp 3, 4 lần công suất của trạm phát điện. Những máy biến áp dung trong hệ thống điện lục gọi là máy biến áp điện lực. Qua đó, ta thấy tầm quan trọng của máy biến áp điện lực trong việc truyền tải và phân phối điện năng. Trong đồ án tốt nghiệp lần này, em chọn đề tài “thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha” có công suất 160kVA để tính toán. Trong giới hạn của đề tài, nội dung thiết kế gồm có: Chương 1: Xác định các đại lượng điện cơ bản. Chương 2: Tính toán các kích thước chủ yếu. Chương 3: Tính toán dây quấn hạ áp và cao áp. Chương 4: Tính toán ngắn mạch. Chương 5: Tính toán cuối cùng về hệ thống mạch từ và tham số không tải của MBA. Chương 6: Tính toán nhiệt và hệ thống làm nguội MBA. Em xin chân thành cảm ơn TS. ĐOÀN ĐỨC TÙNG cùng các thầy cô trong khoa đã nhiệt tình hướng dẫn và giúp đỡ em hoàn thành nhiệm vụ thiết kế này.Trong quá trình tính toán, do kiến thức còn hạn chế và chưa có kinh nghiệm thực tế, nên chắc chắn không khỏi những thiếu sót. Rất mong sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô cùng các bạn Em xin chân thành cảm ơn Quy nhơn, ngày…., tháng…., năm 2018. Sinh viên thực hiện.
Trang 1MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU 1
CHƯƠNG 1 3
XÁC ĐỊNH CÁC ĐẠI LƯỢNG CƠ BẢN 3
I Xác định các đại lượng điện cơ bản của máy biến áp 3
1 Dung lượng 1 pha 3
2 Dòng điện dây định mức 3
3 Dòng điện pha định mức 3
4 Điện áp pha định mức 4
5 Điện áp thử dây quấn 4
II Chọn các số liệu xuất phát và tính toán các kích thước chủ yếu 4
1 Chiều rộng quy đổi của rảnh từ tản giữa cuộn cao áp (CA) và hạ áp (HA) 4
2 Các hằng số tính toán a, b có thể lấy gần đúng ( theo bảng 13, 14 ) 5
3 Hệ số a r đối với một dãy công suất và diện rộng 5
4 Các thành phần điện áp ngắn mạch 5
CHƯƠNG 2 6
TÍNH TOÁN CÁC KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU CỦA MÁY BIẾN ÁP 6
1 Chọn các hệ số 7
2 Suất tổn hao và suất từ hóa của thép trong trụ và gông 8
3 Suất từ hoá khe hở không khí 8
4 Chọn hệ số hình dáng 8
5 Trọng lượng một góc của lõi .10
6 Tiết diện trụ tính sơ bộ .10
7 Tính sơ bộ tổn hao không tải .10
8 Công suất từ hóa tính theo sơ bộ 10
9 Thành phần phản kháng của dòng điện không tải .11
10 Mật độ dòng điện trong dây quấn .12
Trang 2CHƯƠNG 3 16
TÍNH TOÁN DÂY QUẤN MÁY BIẾN ÁP 16
I Các yêu cầu chung đối với dây quấn máy biến áp .16
1 yêu cầu vận hành .16
2 Yêu cầu về chế tạo .16
II Các kiểu và kết cấu dây quấn .17
1 Các chi tiết kết cấu của dây quấn .17
2 Cách điện trong máy biến áp .17
III Tính toán dây quấn hạ áp .18
1 Sức điện động của 1 vòng dây .18
2 Số vòng dây một pha của dây quấn hạ áp .18
3 Mật độ dòng điện trung bình .18
4 Tiết diện vòng dây sơ bộ .18
5 Chiều cao hướng trục của mỗi vòng dây .19
6 Tiết diện sơ bộ mỗi vòng dây quấn .19
7 Tiết diện thực của mỗi vòng dây .19
8 Chiều cao thực của mỗi vòng dây .20
9 Mật độ dòng điện thực trong dây quấn .20
10 Chiều cao tính toán của dây quấn hạ áp .20
11 Chiều dày của dây quấn hạ áp .20
12 Đường kính trong của dây quấn hạ áp .20
13 Đường kính ngoài của dây quấn hạ áp .20
14 Trọng lượng đồng dây quấn hạ áp 20
IV Tính toán dây quấn cao áp .21
1 Số vòng dây cuộn cao áp ứng với điện áp định mức .21
2 Số vòng dây của một cấp điều chỉnh điện áp .21
3 Số vòng dây tương ứng trên các đầu phân nhánh .21
Trang 35 Mật độ dòng điện sơ bộ 22
6 Sơ bộ tính tiết diện vòng dây 23
7 Chọn kiểu dây quấn cao áp 23
8 Mật độ dòng điện thực .23
9 Số bánh dây trên một trụ của dây quấn cao áp 24
10 Số vòng dây trong mỗi bánh .24
11 Chiều dày dây quấn 24
12 Chiều cao dây quấn .24
13 Đường kính trong của dây quấn .24
14 Đường kính ngoài của dây quấn .24
15 Khoảng cách giữa 2 trụ cạnh nhau .24
16 Trọng lượng dây quấn CA .25
CHƯƠNG 4 26
TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH 26
I Xác định tổn hao ngắn mạch .26
1 Tổn hao chính (đồng) 26
2 Tổn hao phụ trong dây quấn .26
3 Tổn hao trong dây dẫn ra .27
4 Tổn hao trong vách thùng và các chi tiết kim loại khác .28
5 Tổng tổn hao ngắn mạch .28
6 Mật độ dòng nhiệt trên bề mặt dây quấn .28
II Xác định điện áp ngắn mạch .28
1 Thành phần điện áp ngắn mạch tác dụng .28
2 Thành phần điện áp ngắn mạch phản kháng .28
3 Điện áp ngắn mạch toàn phần .28
III Tính lực cơ học của dây quấn máy biến áp .29
1 Dòng điện ngắn mạch cực đại .29
2 Tính lực cơ học khi ngắn mạch 29
Trang 43 Tính ứng suất của dây quấn 31
CHƯƠNG 5 32
TÍNH TOÁN CUỐI CÙNG VỀ HỆ THỐNG MẠCH TỪ VÀ THÔNG SỐ KHÔNG TẢI CỦA MBA 32
I Xác định kích thước cụ thể của lõi sắt .32
1 Chọn kết cấu để xác định chiều rộng, chiều dày của tập lá thép mạch .32
2 Tiết diện hữu hiệu (thuần sắt) của trụ sắt .33
3 Tổng chiều dày các lá thép của tiết diện trụ (hoặc gông) 34
4 Tiết diện hữu hiệu (thuần sắt) của gông .35
5 Thể tích thuần sắt một góc của mạch từ .35
6 Chiều cao trụ sắt .35
7 Khoảng cách hai trụ sắt cạnh nhau .35
8 Trọng lượng sắt của trụ và gông .35
9 Tiết diện gông ở chỗ nối với trụ .36
10 Bề rộng của gông .36
11 Chiều cao của gông .36
II Tính tổn hao không tải, dòng điện không tải và hiệu suất của máy biến áp .37
1 Tổn hao không tải .37
2 Công suất từ hóa không tải Q 0. 39
III Dòng điện không tải 39
1 Thành phần phản kháng của dòng điện không tải .39
2 Thành phần tác dụng của dòng điện không tải .39
3 Dòng điện không tải toàn phần .40
4 Trị số dòng điện không tải của dây quấn hạ áp tương ứng là .40
5 Hiệu suất của máy biến áp khi tải định mức .40
CHƯƠNG 6 41
TÍNH TOÁN NHIỆT VÀ HỆ THỐNG LÀM NGUỘI MÁY BIẾN ÁP 41
I Tính toán nhiệt của dây quấn .41
Trang 5- Dây quấn hạ áp làm bằng dây dẫn chữ nhật nên theo công thức (6-1), trang 136 ta có: 41
2 Nhiệt độ chênh lệch giữa mặt ngoài dây quấn đối với dầu .43
3 Nhiệt độ chênh trung bình của dây quấn đối với dầu .44
II Tính toán nhiệt của thùng .44
1 Chiều rộng tối thiểu của thùng .45
2 Chiều dài thùng dầu .46
3 Chiều cao của thùng .46
4 Nhiệt độ chênh trung bình cho phép của dầu đối với không khí cho dây quấn nóng nhất HA. 46 5 Nhiệt độ chênh của lớp dầu trên so với không khí .47
6 Nhiệt độ chênh trung bình của vách thùng đối với không khí .47
7 Bề mặt đối lưu của thùng phẳng .47
8 Sơ bộ tính diện tích bề mặt bức xạ của thùng có bộ tản nhiệt .47
9 Bề mặt đối lưu cần thiết đối với trị số 0 42, 254( ) t k C (theo 6-22) .47
III Thiết kế thùng dầu .48
1 Xác định bề mặt đối lưu của nắp thùng .48
2 Nhiệt độ chênh trung bình của dầu đối với môi trường xung quanh .49
3 Nhiệt độ chênh trung bình của dầu sát vách thùng đối với vách thùng .49
4 Nhiệt độ chênh trung bình của dầu đối với môi trường xung quanh .49
5 Nhiệt độ chênh của lớp dầu trên đối với môi trường xung quanh .49
6 Nhiệt độ chênh của dây quấn so với môi trường .50
IV Tính toán sơ bộ trọng lượng ruột máy, vỏ máy, dầu và bình giãn dầu .50
1 Trọng lượng ruột máy .50
2 Trọng lượng dầu của thùng .51
3 Trọng lượng vỏ thùng máy biến áp .51
4 Trọng lượng bình giãn dầu .52
5 Tổng khối lượng máy biến áp .53
Trang 6KẾT LUẬN 54
TÀI LIỆU THAM KHẢO 55
DANH MỤC BẢNG Bảng 1: Bảng tính toán MBA có S = 800 KVA (22/0,4 kV) 13
DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Các kích thước chủ yếu của máy biến áp 4
Hình 2.1: Thứ tự ghép của lõi sắt 3 pha (ghép xen kẽ mối nối nghiêng ở 4 góc) 11
Hình 3.1: Sơ đồ điều chỉnh điện áp của dây quấn cao áp 22
Hình 4.1: Tác dụng của lực hướng kính lên dây quấn đồng tâm 30
Hình 5.1: Các kích thước của gông 33
Hình 6.2: Tiết diện trụ và gông 33
Hình 7.4: Bộ tản nhiệt kiểu ống thẳng 48
Trang 7LỜI NÓI ĐẦU
Hiện nay, kinh tế nước ta ngày càng phát triển, chính vì thế mà nhu cầu tiêu thụ điện năng ngày càng tang cao Điện năng muốn đến tay người tiêu thụ thì phải được truyền tải trên đường dây đi một khoảng cách khá xa, nếu truyền tải trên một khoảng cách xa như vậy thì tổn thất công suất trong quá trình truyền tải sẽ rất lớn nếu không có biện pháp truyền tải hợp lý Vấn đề được đặt ra cho ngành điện là đưa tiện năng đến người tiêu dung sao cho tổn thất công suất là thấp nhất
Như ta đã biết, cùng một công suất truyền tải trên đường dây, nếu điện áp được tang cao thì dòng điện chạy trên đường dây sẽ giảm xuống Như vậy, có thể làm cho tiết diện dây nhỏ đi, do đó trọng lượng và chi phí dây dẫn sẽ giảm xuống, đồng thời tổn hao năng lượng trên dây dẫn cũng giảm xuống Vì thế, muốn truyền tải công suất lớn đi xa, ít tổn hao
và tiết kiệm kim loại màu, trên đường dây người ta phải dung điện áp cao, thường là 35,
110, 220, 500kV Trên thực tế, các máy phát điện ít có khả năng phát ra điện áp cao như vậy, thường chỉ từ 3 đến 21kV, do đó phải có thiết bị để tăng điện áp ở đầu đường dây lên Mặc khác, các hộ tiêu thụ thường sử dụng điện áp thấp, từ 0,4 đến 6kV, do đó cần có thiết
bị để giảm điện áp xuống để đáp ứng nhu cầu của hộ tiêu thụ Thiết bị để đáp ứng nhu cầu tăng điện áp ở đầu ra của máy phát và giảm điện áp để đáp ứng cho hộ tiêu thụ chính là máy biến áp Thực tế, trong hệ thống điện lực muốn truyền tải và phân phối công suất từ nhà máy điện đến hộ tiêu thụ một cách hợp lý, thường phải qua 3, 4 lần tăng và giảm điện
áp Do đó, tổng công suất của máy biến áp trong hệ thống điện lực thường gấp 3, 4 lần công suất của trạm phát điện Những máy biến áp dung trong hệ thống điện lục gọi là máy biến
áp điện lực
Qua đó, ta thấy tầm quan trọng của máy biến áp điện lực trong việc truyền tải và phân phối điện năng
Trong đồ án tốt nghiệp lần này, em chọn đề tài “thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha”
có công suất 160kVA để tính toán
Trong giới hạn của đề tài, nội dung thiết kế gồm có:
Trang 8Chương 1: Xác định các đại lượng điện cơ bản
Chương 2: Tính toán các kích thước chủ yếu
Chương 3: Tính toán dây quấn hạ áp và cao áp
Chương 4: Tính toán ngắn mạch
Chương 5: Tính toán cuối cùng về hệ thống mạch từ và tham số không tải của MBA Chương 6: Tính toán nhiệt và hệ thống làm nguội MBA
Em xin chân thành cảm ơn TS ĐOÀN ĐỨC TÙNG cùng các thầy cô trong khoa đã
nhiệt tình hướng dẫn và giúp đỡ em hoàn thành nhiệm vụ thiết kế này.Trong quá trình tính toán, do kiến thức còn hạn chế và chưa có kinh nghiệm thực tế, nên chắc chắn không khỏi những thiếu sót Rất mong sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô cùng các bạn!
Em xin chân thành cảm ơn!
Quy nhơn, ngày…., tháng…., năm 2018
Sinh viên thực hiện
Mai Hồng Dinh
Trang 9CHƯƠNG 1 XÁC ĐỊNH CÁC ĐẠI LƯỢNG CƠ BẢN
I Xác định các đại lượng điện cơ bản của máy biến áp
Các số liệu ban đầu:
- Công suất: S = 160 KVA
- Điện áp: 1
2
22(kV)( 2 x 2, 5)
0, 4
U
- Tổ nối dây: Y/Yo
- Tổn hao không tải: P0 = 445(W)
Trang 10II Chọn các số liệu xuất phát và tính toán các kích thước chủ yếu
1 Chiều rộng quy đổi của rảnh từ tản giữa cuộn cao áp (CA) và hạ áp (HA)
❖ Với Uth1 = 55 (kV) ( theo bảng 19 ) ta có:
Hình 1.1: Các kích thước chủ yếu của máy biến áp
a12 = 20 (mm): khoảng cách giữa cuộn CA và HA
12 = 5 (mm): ống cách điện giữa cuộn CA và HA
ld2 = 30 (mm): chiều dài đầu thừa
a22 = 20 (mm): khoảng cách giữa cuộn CA và CA
Trang 11 22 = 3 (mm): trụ và dây quấn hạ áp
l02 = 50 (mm): khoảng cách từ dây quấn đến gong
2 Các hằng số tính toán a, b có thể lấy gần đúng ( theo bảng 13, 14 )
P S
Trang 12CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN CÁC KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU CỦA MÁY BIẾN ÁP Chọn tôn Silic
Lõi sắt là phần mạch từ của MBA, là phần dẫn từ thông chính của MBA Do đó khi thiết kế cần phải đảm bảo làm sao cho thoả mãn những yêu cầu như, tổn hao sắt chính và phụ nhỏ, lượng tôn silic sử dụng làm sao cho ít nhất và hệ số điều đầy của lõi sắt lớn Mặt khác lõi sắt cũng là nơi mà trên đó gắn nhiều bộ phận khác nữa như: dây quấn, giá đỡ dây dẫn ra, đối với một số MBA còn gắn cả nắp máy để có thể nâng cẩu toàn bộ lõi sắt ra khỏi
vỏ khi sửa chữa Hơn thế nữa lõi sắt còn có thể chịu được lực cơ học lớn khi bị ngắn mạch dây quấn Vì vậy, thiết kê MBA phải bền và ổn định về có khí để đảm bảo lúc năng cẩu lõi
an toàn cũng như chịu được những ứng lực lúc MBA bị ngắn mạch
Để các yêu cầu đối với mạch từ như trên được thoả mãn thì việc chọn loại tôn silic như thế nào là rất quan trọng, với tôn silic có độ dày bao nhiêu, thành phần silic bao nhiêu
là được Khi tôn silic có thành phần silic trong lá tôn sẽ bị dòn, đàn hồi kém đi
Ở đây ta chọn loại tôn cán lạnh là vì loại tôn này có ưu điểm vượt trội về khả năng dẫn từ và giảm hao mòn so với tôn cán nóng Tôn cán lạnh là loại tôn có vị trí sắp xếp các tinh thể gần như không đổi và có tính dẫn từ không đẳng hướng, do đó suất tổn hao giảm 2 đến 2,5 lần so với tôn cán nóng Độ từ thẩm thay đổi rất ít theo thời gian, dùng tôn cán lạnh cho phép tăng cường độ từ cảm trong lõi thép lên tới (1,6 -> 1,65)T trong khi đó tôn cán nóng chỉ là (1,4 -> 1,45)T từ đó giảm được kích thước, trọng lượng máy, giảm được cả tổn hao không tải, ngắn mạch và dòng điện không tải một cách đáng kể Đặc biệt là rút bớt được đáng kể chiều cao của MBA, rất thuận lợi cho việc chuyên chở Tuy nhiên giá thành tôn cán lạnh có hơi cao nhưng do việc giảm được tổn hao và trọng lượng nên người ta tính rằng vẫn kinh tế hơn những loại MBA được chế tạo bởi tôn cán nóng
Tôn cán lạnh là loại tôn được cán ở trạng thái lạnh (nguội) nên các cấu trúc vi tinh thể kim loại được sắp xếp theo kiểu vân dệt có mép các tinh thể trùng với hướng cán Tôn cán nóng việc dẫn từ theo moi hướng là như nhau (dẫn từ đẳng hướng) Đối với tôn cán
Trang 13lạnh thì dẫn từ theo hướng cán (dẫn từ không đẳng hướng), từ trở bé nhất, độ từ thẩm lớn nhất, nên dẫ từ tốt nhất, suất tổn hao săt hỏ nhất
Các lá thép kỹ thuật điện sau đó được sơn phủ cách điện mặt ngoài trước khi ghép chúng
B
K
+ Từ cảm ở khe hở không khí mối nối thẳng Bnt = Bt = 1,6 (T)
+ Từ cảm ở khe hở không khí mối nối nghiêng
1, 61,131( )
t nn
- Hệ số quy đổi từ trường tản lấy: Kr = 0,95
- Hệ số tổn hao phụ trong dây quấn: Kf = 0,93 (bảng 15)
- Hệ số quy đổi một nửa tiết diện trụ hình bậc thang về hình chữ nhật: e = 0,41 (trang 45)
- Hệ số biểu thị số lượng góc có dạng mối nối nghiêng: kn = 4 (trang130)
- Hệ số biểu thị số lượng góc có dạng mối nối thẳng: kt = 2.1,25 = 2,5
- Hệ số gia tăng tổn hao góc nối ở các góc mạch từ:
kpo = kn.k’po + kt.k”po = 4.1,32 + 2,5.1,96 = 10,18
- Hệ số tổn hao phụ: kpf = 1,13 (bảng 48)
Trang 14- Hệ số xét đến tổn hao phụ trong sắt với tôn cán lạnh có ủ sau khi dập:
- Hệ số tăng dòng không tải: kio = 42,45 (bảng 53)
- Hệ số kể đén ảnh hưởng của góc nối do sự phối hợp khác nhau về mối nối
nghiêng và mối nối thẳng:
' "
4.4,3 2,5.11 44, 7
ig n io t io
- Hệ số kể đến ảnh hưởng do chiều rộng lá tôn ở các góc mạch từ: kir = 1,2
- Hệ số cách điện dây quấn: kcđ = 1,03.1,03 = 1,06 (trang 47)
- Hệ số phụ thuộc vào điện trở suất của dây quấn: k = 2,4
2 Suất tổn hao và suất từ hóa của thép trong trụ và gông
- Với Bt = 1,6 (T) ta tra đường cong của thép có mã hiệu 27JGH:
3 Suất từ hoá khe hở không khí
- Nối ghép nghiêng: Pn = 23500VA/m2
- Nối ghép thẳng: Pth = 20010 VA/m2
4 Chọn hệ số hình dáng
- Hệ số hình dáng = ×𝐷𝑠
𝑙 𝑣
Trong đó: Ds : là đường kính trung bình của cuộn dây
lv : chiều cao của dây quấn
Trang 15- Trị số thường biến thiên rất rộng từ 1,2 3,6 nó ảnh hưởng rõ rệt tới các đặc tính
kỹ thuật và kinh tế của MBA
❖ Về mặt kinh tế
- Nếu các MBA có cùng công suất điện áp và các thông số kỹ thuật ban đầu thì nếu
nhỏ MBA sẽ “gầy”, “cao”… nếu lớn thì MBA sẽ “béo” và “thấp” với trị số khác nhau thì tỉ lệ trọng lượng sắt và đồng trong MBA cũng khác nhau nhỏ thì lượng sắt ít lượng đồng nhiều, lớn thì lượng sắt lớn lượng đồng ít Như vậy chọn
thích hợp không chỉ ảnh hưởng đến kích thước của máy mà còn ảnh hưởng tới vật liệu cấu thành lên máy biến áp đến giá thành của MBA
❖ Về mặt lỹ thuật
- Nếu lớn thì đường kính d lớn và trọng lượng sắt tăng Do vậy mà tổn hao sắt tăng
vì vậy mà dòng điện không tải tăng lên Muốn giữ tổn hao không đổi khi tăng thì trọng lượng đồng giảm xuống, nhưng lúc đó sẽ làm cho mật độ dòng điện và lực điện từ tác dụng lên dây quấn lại tăng lên
- Như vậy chọn lựa hợp lý có ảnh hưởng tới cả vấn đề về kinh tế và kỹ thuật của MBA do vậy các công thức cho phép tính toán để tìm được hợp lí
4 4
Trang 162 2
G0 = 0,492.104.1,03.0,868.0,1963.x3 = 33,12.x3 (kg)
6 Tiết diện trụ tính sơ bộ
Tt =0,785.Kld.A2.x2 = 0,785.0,868.0,1962.x2 = 0,026x2
Diện tích khe hở ở mối nối thẳng:Tk'' Tt 0,026 x2
Diện tích khe hở ở mối nối nghiêng: Tk 2 Tt 0, 037 x2
7 Tính sơ bộ tổn hao không tải
Trong đó: + Gt: trọng lượng sắt của trụ
+ Gg: trọng lượng sắt của gông + N=4 vì MBA 3 pha
k k k
Q k k q G G k k q G G N G k q n T
Trong đó: nk là khe nối giữa các lá thép trong mạch từ với những dạng mối nối
Thay số vào ta được:
Trang 17Gdq = 21
x
C
(kg) Trọng lượng dây quấn:
Gdd = kcđ.Gdq = 1,06.Gdq (kg) Giá thành vật liệu tác dụng:
Ctd = CFe.GFe + Cdq.kcđ.GdqTrong đó: CFe là giá 1 kg sắt làm lõi
Cdq là giá 1 kg kim loại làm dây quấn (bảng 16)
Thay số vào ta được:
Ctd = 1,06.GFe + 2,36.Gdq
Hình 2.1: Thứ tự ghép của lõi sắt 3 pha (ghép xen kẽ mối nối nghiêng ở 4 góc)
9 Thành phần phản kháng của dòng điện không tải
Trang 18% 10.
o ox
Q i
G k
P K
Trang 19Bảng 1: Bảng tính toán MBA có S = 160 KVA (22/0,4 kV)
3,573Go 135,853 183,777 228,393 269,69 308,979
0,848Gg 373,581 501,363 619,772 729,061 832,767
P0 = 0.904Gt + 3,573Go
+0,848Gg 1001,288 1148,868 1295,935 1436,796 1573,466 1,399Gt 761,176 717,649 692,954 677,904 668,115 56,711G0 2156,266 2916,93 3625,081 4280,546 4904,14 1,297Gg 564,068 757,006 935,791 1100,805 1257,391 2408,129x2 5570,035 6815,162 7877,331 8802,282 9635,754
Q0 = 1,399Gt + 1,297Gg
+ 56,711G0 +2408,129x2 9051,545 11206,75 13131,16 14861,54 16465,4
io = Q0/10S (%) 1,131 1,401 1,641 1,858 2,058
Trang 20- Khi tăng thì tổn hao không tải P0 và dòng điện không tải io tăng
- Khi tăng thì GFe tăng nhưng Gdq lại giảm
- Nếu nhỏ thì máy biến áp sẽ gầy và cao
Trang 2112 3,14.0,313
0,546( )1,8
Trang 22CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN DÂY QUẤN MÁY BIẾN ÁP
I Các yêu cầu chung đối với dây quấn máy biến áp
1 yêu cầu vận hành
a yêu cầu về điện
Khi vận hành thường dây quấn MBA có điện áp làm việc bình thường và quá điện
áp do đóng ngắt mạch trong lưới điện hay sét đánh gây nên ảnh hưởng của quá điện áp do đóng ngắt mạch với điện áp làm việc bình thường, thường chủ yếu là đối với cách điện chính của MBA, tức là cách điện giữa các dây quấn với nhau và giữa dây quấn với vỏ máy, còn quá điện áp do sét đánh lên đường dây thường ảnh hưởng đến cách điện dọc của MBA, tức là giữa các vòng dây, lớp dây hay giữa các bánh dây của trong dây quấn
b Yêu cầu về cơ học
Dây quấn không bị biến dạng hoặc hư hỏng dưới tác dụng của lực cơ học do dòng điện ngắn mạch gây nên
c yêu cầu về nhiệt
Khi vận hành bình thường cũng như trong trường hợp ngắn mạch, trong thời gian nhất định dây quấn không được có nhiệt độ quá cao vì lúc đó chất cách điện sẽ bị nóng mất tính đàn hồi, hoá giòn và mất tính chất cách điện Vì vậy khi thiết kế phải đảm bảo sao cho tuổi thọ của chất cách điện là 15 đến 20 năm
2 Yêu cầu về chế tạo
Làm sao cho kết cấu đơn giản tốn ít nguyên vật liệu và nhân công, thời gian chế tạo ngắn, giá thành hạ và phải đảm bảo về mặt vận hành Như vậy yêu cầu đối với thiết kế là
- Phải có quan điểm toàn diện: kết hợp một cách hợp lý giữa hai yêu cầu về chế tạo
và vận hành để sản phẩm có chất lượng tốt mà giá thành chấp nhận được
- Phải chú ý đến kết cấu chế tạo dây quấn sao cho thích hợp với trình độ kỹ thuật của xưởng sản xuất
- Phải nắm vững những lý luận có liên quan đến dây quấn CA, vật liệu cách điện
❖ Quá trình thiết kế của dây quấn có thể tiến hành theo 3 bước:
Trang 23+ Chọn kiểu và kết cấu dây quấn
+ Tính toán sắp xếp và bố trí dây quấn
+ Tính toán tính năng của MBA
II Các kiểu và kết cấu dây quấn
1 Các chi tiết kết cấu của dây quấn
- Vòng dây: phần tử cơ bản của dây quấn là vòng dây Tùy theo dòng điện tải bé hay lớn mà vòng dây có thể gồm một hay nhiều dây tròn ghép lại, hoặc một hay nhiều dây
bẹt (dây chữ nhật) ghép lại
- Lớp: nhiều vòng quấn trên một mặt trụ gọi là lớp Có loại lớp gồm hang chục đến
hàng tram vòng, có loại chỉ có vài hoặc một vòng
- Bánh dây: nhiều vòng dây quấn liên tiếp tạo thành một khối hay nhiều khối tách rời
nhau gọi là bánh dây
2 Cách điện trong máy biến áp
Muốn máy biến áp làm việc liên tục thì điều quan trọng là dây quấn và các bộ phận nối với nó là các phần dẫn điện cần phải được cách điện chắc chắn đối với các bộ phận nối đất của máy biến áp như: lõi sắt, xà ép, vỏ máy… Cách điện của máy biến áp phải đảm bảo
độ bền về điện, nhiệt, cơ và không chịu những tác động hóa học khi vận hành
Cách điện chính là cách điện giữa các dây quấn với nhau cũng như giữa dây quấn với các bộ phận nối đất
Các vật liệu cách điện dung trong máy biến áp:
- Giấy cáp: dung để bọc quanh các sợi dây đồng
- Giấy điện thoại: mỏng hơn giấy cáp, dung làm cách điện giữa các lớp, cách điện cho dây dẫn ra của một số dây dẫn tròn
- Vải sơn: máy biến áp dầu thường dung loại vải hay lụa đã qua 3 làn tẩm dầu sơn
- Bảng vải: dung bẳng vải để giữ chặc các vòng dây của dây quấn, hay bọc chặc cách điện của dây quấn, không nhằm để cách điện
- Bìa cách điện: bìa cách điện được chế tạo thành từng tấm có nhiều cỡ
- Thành phẩm giấy bakêlit: thường làm ống cách điện
Trang 24- Ghêtinác: chế tạo bằng giấy bakêlit tẩm sơn ép chặc ở nhiệt độ cao làm thành phiến
có chiều dài khác nhau, có độ bền cơ và điện cao, thường dung để làm bản đầu nối hay bản điều chỉnh điện áp
- Gỗ: thường dung là gỗ dẻ trắng làm que nêm
- Sứ: dung trong máy biến áp dầu để xuyên dây dẫn vào
- Dầu máy biến áp: dung làm cách điện và làm nguội máy biến áp
III Tính toán dây quấn hạ áp
f v
U U w
I
Trong đó: I2f dòng điện định mức phía hạ áp
❖ Với S = 2150 (kVA); I2f = 230,94 (A); U2 = 400 (V); T’2 = 338 (mm2) ta chọn kết cấu dây quấn hình xoắn đơn, dây dẫn hình chữ nhật, chiều cao rãnh dầu ngang sơ
Trang 25bộ lấy hr = 5 (mm) số đệm cách điện một vành bánh dây là 8 (bảng 30), bề rộng
tấm đệm bn = 40 (mm)
5 Chiều cao hướng trục của mỗi vòng dây
' 2 2
❖ Vì hv2 >15 mm, theo hình 3-40a trang 84 – TL1 với ∆tb = 3413397,6 (A/m2), q
= 1200 W/m2,thì b không cho phép vượt quá 10 mm do đó ta chọn kiểu dây quấn hình xoắn kép có rãnh dầu ngang giữa các bánh dây, hoán vị phân bố đều
6 Tiết diện sơ bộ mỗi vòng dây quấn
, 2 2 2
51843,1612
d v
T T n
- Với nv2 là số sợi chập song song của dây quấn mạch kép
- Theo bảng 21, trang 195 - [TL1], ta chọn dây quấn hạ áp có tiết diện mỗi vòng
dây gồm 12 sợi song song, chia thành hai nhóm mỗi nhóm 6 sợi, rãnh dầu ngang
ở giữa hai nhóm là 5 mm
- Kích thước tiêu chuẩn của dây quấn hạ áp được chọn với quy cách sau:
Mã hiệu dây quấn лв _ nv2 a b' ';Td2
a b
Trong đó :
лв : là mã hiệu dây dẫn đồng tiết diện chữ nhật tiêu chuẩn
Mã hiệu dây quấn là: 12 3, 75 8 ; 29,1
4, 25 8,5_
Trang 26f I
10 Chiều cao tính toán của dây quấn hạ áp
Để bù cho dây quấn cao áp do phải cắt giữa dây quấn khi điều chỉnh điện áp,
ta bố trí thêm 6 rãnh dầu ngang mỗi rãnh 10 mm ở giữa chiều cao dây quấn hạ áp,
do đó chiều cao thực của dây quấn là:
l2 = 2.b’.10-3.(w2 + 1) + k.[(2.w2 + 1 - 6).hr + 6.10].10-3
= 2.8,5.10 -3.(18 + 1) + 0,95.[(2.18 +1 – 6).5 +60].10-3
= 0,527 (m) Trong đó:
k = 0,95 là hệ số kể đến sự co rút của tấm đệm sau khi ép chặt cuộn dây
11 Chiều dày của dây quấn hạ áp
2 2
12 .10 4, 25.10 0, 026
Trong đó : n = 2 đối với dây quấn hình xoắn mạch kép
12 Đường kính trong của dây quấn hạ áp
D’2 = d + 2a01.10-3 = 0,23 + 2.15.10-3 = 0,26 (m) Với a01 = 15 (mm) bảng 18
13 Đường kính ngoài của dây quấn hạ áp
Trang 27Theo bảng 24, cần phải tăng trọng lượng dây dẫn lên 2% nên trọng lượng của dây
dẫn là :
Gdd2 = 2%.Gcu2 + Gcu2 = 154,025 (kg)
IV Tính toán dây quấn cao áp
1 Số vòng dây cuộn cao áp ứng với điện áp định mức
4 Chọn sơ đồ điều chỉnh điện áp
Chọn sơ đồ điều chỉnh điện áp theo hình 3-37d Các đầu phân áp được nối vào
các cực của bộ đổi nối 3 pha Dòng điện làm việc qua các tiếp điểm là 12,121 (A) Điện áp lớn nhất giữa các tiếp điểm của 2 pha của bộ đổi nối là :
- Điện áp làm việc Ulv : 10%.(U1/√3 ) = 1270 (V)
- Điện áp thử Uth : 2.10%.(U1/√3 ) = 2540 (V)
- Điện áp điều chỉnh từ ±2 2,5%
Trang 28Để có được những điện áp khác nhau bên CA cần phải nối như sau :
Cấp điều chỉnh Điện áp
(V)
Số vòng dây (vòng)
Các cực của dây quấn Pha A Pha B Pha C
Trang 296 Sơ bộ tính tiết diện vòng dây
f
I
7 Chọn kiểu dây quấn cao áp
- Theo bảng 38, trang 207- [TL1], với S = 160 (kVA), I1f = 2,42 (A),U1 = 22000 (V), T’1 = 6,912 (mm2) ta chọn kết cấu dây quấn kiểu bánh dây xoắn ốc liên
tục,có ưu điểm độ bền điện, cơ cao,làm lạnh tốt
- Theo bảng 21, trang 195 – [TL1] chọn dây dẫn tròn mã hiệu IIB có quy cách
nv1 = 1 : là số sợi dây chập song song
a = 1,4(mm): chiều dày dẫn tiêu chuẩn
b = 3,75(mm): chiều rộng dây dẫn
a’ = 1,4 + 2. = 1,4 + 0,5 = 1,9 (mm)
b’ = 3,75 + 2. = 3,75 + 0,5 = 4,25 (mm) 2. = 0,5 (mm) là chiều dày cách điện hai phía, theo tiêu chuẩn
Td1 = 5,04 (mm2) là tiết diện dây dẫn tiêu chuẩn
Mã hiệu dây quấn là: лв _1 1, 4 3, 75;5,04
Trang 309 Số bánh dây trên một trụ của dây quấn cao áp
Rãnh dầu ngang giữa các bánh 4,5 mm; hai bánh trên dưới có rãnh dầu 7,5 mm (bảng 29), rãnh điều chỉnh giữa dây quấn hdc = 12 (bảng 28), chiều cao bánh dây 5
w 1800
66
b b n
Trong đó lấy k= 0,95 (trang 98)
13 Đường kính trong của dây quấn