Tính chính xác mạch từ và tham số không tải.

MBA điện lực (viết tắt là MBA) là một bộ phận rất quan trọng trong hệ thống điện, nó góp phần truyền tải và phân phối công suất từ nhà máy điện đến hộ tiêu thụ một cách hợp lý nhằm để hạn chế bớt tổn hao. MBA gồm hai loại: MBA giảm áp và MBA tăng áp. MBA dùng trong hệ thống điện gọi là MBA điện lực. MBA thường được sử dụng trong nhiều lĩnh vực, nhưng chủ yếu là truyền tải. Trong quá trình truyền tải trong lưới điện, tăng áp, rồi giảm áp đến hộ tiêu thụ...làm cho công suất của hệ thống MBA lớn và tổn hao cũng tăng lên. Hơn nữa, điều kiện khí hậu, địa hình mỗi nơi đều khác nhau, nhu cầu và sự phát triển kinh tế ở mỗi vùng khác nhau dẫn đến yêu cầu về thiết kế và thông số kỹ thuật của MBA cũng khác nhau. Do đó, việc tính toán thiết kế MBA phù hợp với yêu cầu đặt ra là rất cần thiết. Ngày nay, công nghệ chế tạo MBA ngày càng phát triển và đòi hỏi phải hoàn thiện hơn, vật liệu được chế tạo ngày càng tốt. Vì vậy, việc tính toán và thiết kế phải đảm bảo nhu cầu phát triển kinh tế và đạt chất lượng cao, phải lấy chỉ tiêu kinh tế làm hàng đầu, giá thành vật liệu thấp nhất. Bên cạnh chỉ tiêu kinh tế đòi hỏi tính năng kỹ thuật như: i0%, P0, Un%, Pn... nằm trong điều kiện cho phép ứng với mỗi loại công suất. Trong giới hạn của đề tài, tôi xin trình bày các phần sau của thiết kế MBA điện lực, gồm 5 phần: - Phần I : Chọn phương án và tính sơ bộ kích thước cơ bản. - Phần II : Tính dây quấn hạ áp - cao áp. - Phần III : Tính tổn hao và tham số ngắn mạch. - Phần IV : Tính chính xác mạch từ và tham số không tải. - Phần V : Tính nhiệt và chọn kết cấu vỏ.

lời nói đầu

MBA điện lực (viết tắt là MBA) là một bộ phận rất quan trọng trong hệ thống

điện, nó góp phần truyền tải và phân phối công suất từ nhà máy điện đến hộ tiêu thụmột cách hợp lý nhằm để hạn chế bớt tổn hao MBA gồm hai loại: MBA giảm áp vàMBA tăng áp MBA dùng trong hệ thống điện gọi là MBA điện lực

MBA thờng đợc sử dụng trong nhiều lĩnh vực, nhng chủ yếu là truyền tải.Trong quá trình truyền tải trong lới điện, tăng áp, rồi giảm áp đến hộ tiêu thụ làmcho công suất của hệ thống MBA lớn và tổn hao cũng tăng lên Hơn nữa, điều kiệnkhí hậu, địa hình mỗi nơi đều khác nhau, nhu cầu và sự phát triển kinh tế ở mỗivùng khác nhau dẫn đến yêu cầu về thiết kế và thông số kỹ thuật của MBA cũngkhác nhau Do đó, việc tính toán thiết kế MBA phù hợp với yêu cầu đặt ra là rấtcần thiết

Ngày nay, công nghệ chế tạo MBA ngày càng phát triển và đòi hỏi phải hoànthiện hơn, vật liệu đợc chế tạo ngày càng tốt Vì vậy, việc tính toán và thiết kế phải

đảm bảo nhu cầu phát triển kinh tế và đạt chất lợng cao, phải lấy chỉ tiêu kinh tếlàm hàng đầu, giá thành vật liệu thấp nhất Bên cạnh chỉ tiêu kinh tế đòi hỏi tínhnăng kỹ thuật nh: i0%, P0, Un%, Pn nằm trong điều kiện cho phép ứng với mỗiloại công suất

Trong giới hạn của đề tài, tôi xin trình bày các phần sau của thiết kế MBA

điện lực, gồm 5 phần:

- Phần I : Chọn phơng án và tính sơ bộ kích thớc cơ bản.

- Phần II : Tính dây quấn hạ áp - cao áp.

- Phần III : Tính tổn hao và tham số ngắn mạch.

- Phần IV : Tính chính xác mạch từ và tham số không tải.

- Phần V : Tính nhiệt và chọn kết cấu vỏ.

Trong quá trình tính toán, do kiến thức còn hữu hạn và cha có kinh nghiệmthực tế, nên chắc chắn không khỏi thiếu sót Rất mong sự đóng góp ý kiến của quýthầy cô cùng các bạn đồng nghiệp.

Nhiệm vụ thiết kế tốt nghiệp đợc hoàn thành nhờ sự hớng dẫn tận tình của thầyNguyễn Trung C, thầy cô giáo trong khoa Điện và Bộ môn Thiết bị Điện - Điện tử đãtạo điều kiện cho em hoàn thành tốt nhiệm vụ thiết kế tốt nghiệp này

Em xin chân thành cám ơn!

kính bút

Hồ Thanh Tiên

Phần mở đầu

1.1 Đại cơng.

Nh đã biết, cùng một công suất truyền tải trên đờng dây, nếu điện áp đợc tăngcao thì dòng điện chạy trên đờng dây sẽ giảm xuống, nh vậy có thể làm tiết diện dâynhỏ đi, do đó trọng lợng và chi phí dây dẫn sẽ giảm xuống, đồng thời tổn hao năng l-ợng trên đờng dây cũng giảm xuống Vì thế muốn truyền tải công suất lớn đi xa, íttổn hao và tiết kiệm kim loại màu, trên đờng dây ngời ta phải dùng điện áp cao, thờng

là 35,10,220 và 500kV Trên thực tế các máy phát điện không có khả năng phát ranhững điện áp cao nh vậy, thờng chỉ từ 3 đến 21kV là cùng, do đó phải có thiết bị đểtăng điện áp ở đầu đờng dây lên Mặt khác các hộ tiêu thụ thờng yêu cầu điện áp thấp

từ 0,4 đến 6kV, do đó tới đây phải có thiết bị giảm điện áp xuống Những thiết bịdùng để tăng điện áp ở đầu ra của máy phát điện, tức là ở đầu đờng dây dẫn điện vàgiảm điện áp khi tới các hộ tiêu thụ, tức là ở cuối đờng dây dẫn điện gọi là các MBA(viết tắt là MBA)

Thực ra trong hệ thống điện lực, muốn truyền tải và phân phối công suất tùnhà máy điện đến tận các hộ tiêu thụ một cách hợp lý, thờng phải qua 3, 4 lần tăng

và giảm điện áp nh vậy Do đó, tổng công suất của các MBA trong hệ thống điệnlực thờng gấp 3, 4 lần công suất của trạm phát điện Những MBA dùng trong hệthống điện lực gọi là MBA điện lực hay MBA công suất

Ngoài MBA điện lực ra còn có nhiều loại MBA dùng trong các ngành chuyênmôn nh: MBA chuyên dùng cho các lò luyện kim, MBA hàn điện, MBA dùng chocác thiết bị chỉnh lu, MBA dùng cho đo lờng, thí nghiệm

Khuynh hớng phát triển của MBA điện lực hiện nay là thiết kế chế tạo nhữngMBA có dung lợng thật lớn, điện áp thật cao, dùng nguyên liệu mới để giảm trọnglợng và kích thớc máy Về vật liệu hiện nay đã dùng loại thép cán lạnh khôngnhững có từ tính tốt mà tổn hao sắt lại ít, do đó nâng cao đợc hiệu suất của MBA.Khuynh hớng dùng dây nhôm thay dây đồng vừa giảm đợc trọng lợng máy cũng

đang phát triển

ở nớc ta ngành chế tạo đã ra đời ngay từ ngày hoà bình lập lại Đến naychúng ta đã sản xuất đợc một khối lợng MBA khá lớn với nhiều chủng loại khácnhau phục vụ cho nhiều ngành sản xuất ở trong nớc và xuất khẩu Hiện nay ta đãsản xuất đợc những MBA dung lợng 25000kVA với điện áp 110kV.

1.2 Các loại MBA chính.

Theo công dụng, MBA có thể gồm những loại chính sau đây:

1 MBA điện lực dùng để truyền tải và phân phối công suất trong hệ thống điện lực.

2 MBA chuyên dùng cho các lò luyện kim, cho các thiết bị chỉnh lu, MBA hàn điện;

3 MBA tự ngẫu biến đổi điện áp trong một phạm vi không lớn lắm dùng

để mở máy các động cơ điện xoay chiều.

4 MBA đo lờng dùng để giảm các điện áp và dòng điện lớn để đa vào các

đồng hồ đo.

5 MBA thí nghiệm dùng để thí nghiệm các điện áp cao.

MBA có rất nhiều, song thực chất các hiện tợng xảy ra trong chúng đềugiống nhau

1.3 Cấu tạo MBA.

MBA có các bộ phận chính sau đây: Lõi thép, dây quấn và vỏ máy

nói chung tăng chậm hơn so với công suất Vì vậy đối với máy lớn càng phải cóhiệu suất cao.

Lõi sắt gồm các lá thép silic ghép lại đợc ép bằng xà ép và các bulông tạothành bộ khung MBA Trên đó còn bắt các giá đỡ đầu dây dẫn ra nối với các sứxuyên hoặc các ty đỡ nắp máy ở các MBA dầu, toàn bộ lõi sắt có quấn dây vàcác dây dẫn ra đợc ngâm trong thùng đựng dầu MBA, gọi là ruột máy Các MBAnhỏ, ruột máy gắn với nắp máy có thể nhấc ra khỏi thùng dầu khi lắp ráp, sửachữa Các MBA công suất từ 1000kVA trở lên, vì ruột máy rất nặng nên đợc bắt

cố định với đáy thùng và lúc tháo lắp sửa chữa phải nâng vỏ máy lên khỏi đáy vàruột máy

Lõi sắt gồm 2 phần: Trụ T và gông G Trụ là phần lõi có lồng dây quấn, gông

là phần lõi không có dây quấn dùng để khép mạch từ giữa các trụ

Có nhiều cách phân loại lõi sắt:

a Theo sự sắp xếp tơng đối giữa trụ, gông và dây quấn, lõi sắt đợc chia làm hai loại kiểu trụ và kiểu bọc.

1 Lõi sắt kiểu trụ:

Dây quấn ôm lấy trụ sắt, gông từ chỉ giáp phía trên và phía dới dây quấn màkhông bao lấy mặt ngoài của dây quấn, trụ sắt thờng để đứng Tiết diện trụ thờng

là hình tròn (đối với MBA công suất nhỏ có thể làm hình chữ nhật) và dây quấncũng có dáng hình trụ tròn Kết cấu này đơn giản, làm việc đảm bảo, dùng ít vậtliệu, vì vậy hầu hết các MBA điện lực hiện nay đều dùng kiểu này

2 Lõi sắt kiểu bọc.

Kiểu này gông từ không những bao lấy phần trên và dới dây quấn mà còn baocả mặt bên của dây quấn Lõi sắt nh ''bọc'' lấy dây quấn nên có tên gọi đó.Trụ th-ờng để nằm ngang, tiết diện trụ thờng có hình chữ nhật MBA kiểu này có u điểm

là thờng không cao nên vận chuyển dễ dàng, giảm đợc chiều dài của dây dẫn từdây quấn đến sứ ra; chống sét tốt vì hay dùng dây quấn xen kẽ nên điện dung dâyquấn Cdq lớn, điện dung đối với đất Cđ nhỏ nên sự phân bố điện áp sét trên dây

quấn đều hơn Nhng khuyết điểm của kiểu này là chế tạo phức tạp cả lõi sắt và dâyquấn; các lá tôn silic nhiều loại kích thớc khác nhau khi dây quấn quấn thành ốngtiết diện tròn; trong trờng hợp dây quấn quấn thành ống hình chữ nhật thì độ bền

về cơ kém vì các lực có tác dụng lên dây quấn không đều, tốn nguyên vật liệu Lõisắt kiểu này thờng thấy ở một số nớc Tây âu chế tạo cho các biến áp lò

b Ngoài ra còn có thể có loại trung gian giữa kiểu trụ và kiểu bọc gọi là kiểu trụ - bọc Loại này hay dùng trong các MBA một pha hay ba pha với công suất lớn (hơn 100 ngàn kVA một pha) và để giảm bớt chiều cao phải ''san'' gông sang hai bên.

Theo sự sắp xếp không gian giữa trụ và gông có thể phân biệt lõi thép cómạch từ đối xứng và không đối xứng Ví dụ MBA ba pha ba trụ là loại mạch từkhông đối xứng, vì mạch từ của pha giữa ngắn hơn mạch từ hai pha bên cạnh Còn

tổ biến áp ba pha - tức gồm MBA một pha là loại mạch từ đối xứng

Theo phơng pháp ghép trụ và gông có thể chia loại sắt thành hai kiểu: lõighép nối và lõi ghép xen kẽ

Ghép nối là gông và trụ ghép riêng sau đó đợc đem nối với nhau nhờ những

xà và bulông ép Ghép kiểu này đơn giản, nhng khe hở không khí giữa trụ và gônglớn, do không đảm bảo tiếp xúc tơng ứng từng lá thép trụ và gông với nhau nên tổnhao và dòng điện không tải lớn, vì vậy ít dùng

Ghép xen kẽ là từng lớp là thép của trụ và gông lần lợt đặt xen kẽ sau đódùng xà ép và bulông vít chặt lại Muốn lồng dây quấn vào thì dỡ hết gông trên ra,cho dây quấn vào trụ sau đó xếp lá thép vào gông nh cũ và ép gông lại

Đối với thép cán lạnh, để giảm bớt tổn hao do tính dẫn từ không đúng hớngthờng ghép xen kẽ nhng đối với mối nối nghiêng giữa trụ và gông ở 4 góc hay mốinối nghiêng cả trụ giữa mà không dùng mối nối thẳng nh đối với thép cán nóng.Phơng pháp ghép xen kẽ đơn giản, kết cấu vững chắc nên đợc dùng rất phổ biếntrong các ngành chế tạo biến áp hiện nay

1.3.2 Dây quấn.

Dây quấn MBA là bộ phận dùng để thu nhận năng lợng vào và truyền tảinăng lợng đi Trong MBA hai dây quấn có cuộn hạ áp (viết tắt là HA) nối với lới

điện áp thấp và cuộn cao áp (viết tắt là CA) nối với lới có điện áp cao hơn

Theo phơng pháp bố trí dây quấn trên lõi thép có thể chia dây quấn biến ápthành hai kiểu chính: đồng tâm và xen kẽ

1.3.2.1 Dây quấn đồng tâm.

Cuộn HA và CA (nếu có ba dây quấn thì còn có cuộn điện áp trung bình kýhiệu là TA) là những hình ống đồng tâm đối với nhau Chiều cao ( theo trục) củachúng nên thiết kế bằng nhau vì nếu không sẽ sinh ra lực chiều trục lớn (nhất làlúc ngắn mạch) có tác dụng ép hoặc đẩy gông từ hai cuộn dây không lợi về mặtkết cấu khi bố trí cuộn dây, cuộn HA đặt trong cùng, cuộn CA đặt ngoài ( nếubiến áp ba pha dây quấn, thờng cuộn trung áp TA đặt giữa, cũng có thể đặt trongcùng) Cuộn cao áp đặt ngoài sẽ đơn giản việc rút đầu dây điều chỉnh điện áp cũng

nh giảm đợc kích thớc rãnh cách điện giữa các cuộn dây và giữa cuộn dây với trụsắt Dây quấn đồng tâm đợc dùng phổ biến trong các MBA điện lực với lõi sắtkiểu trụ

1.3.2.2 Dây quấn xen kẽ.

Cuộn CA và HA đợc quấn thành từng bánh có chiều cao thấp và quấn xen kẽ do

đó giảm đợc lực dọc trục khi ngắn mạch Để giảm lực cơ theo hớng kính các bánhdây cố gắng thiết kế có đờng kính gần bằng nhau Dây quấn xen kẽ có nhiều rãnhdầu ngang nên về mặt làm lạnh tuy có tốt hơn nhng về mặt cơ thì kém vững chắc hơn

so với dây quấn đồng tâm Mặt khác dây quấn kiểu này có nhiều mối hàn giữa cácbánh dây trong khi đó dây quấn đồng tâm có thể từ đầu đến cuối cuộn dây không cómối hàn nào Loại dây quấn này chủ yếu đợc dùng trong các MBA lò điện hay trongmột số MBA khô để đảm bảo sự làm lạnh đợc tốt

Theo hình dáng tiết diện cuộn dây có thể chia dây quấn thành hai loại: Cuộndây tròn và cuộn dây hình chữ nhật Cuộn dây tròn ''có dạng hình trụ và tiết diện ngang là hình tròn'' Cuộn dây chữ nhật '' có tiết diện ngang là hình chữ nhật với các góc uốn tròn'' Loại dây quấn sau có u điểm là lấp đầy đợc phần không gian

trong cuộn dây , nhng có nhợc điểm là chỗ góc uốn cong cách điện dễ bị yếu đi do

bị rạn nứt lúc uốn, nhất là khi góc uốn nhỏ; độ bền cơ cũng kém Chính vì thếhầu hết các MBA điện lực hiện nay đều dùng loại cuộn dây tròn vì kết cấu đơngiản hơn, độ bề cơ, điện tốt hơn Loại dây quấn kiểu cuộn chữ nhật chỉ đợc dùngtrong một số MBA đặc biệt thờng với lõi thép kiểu bọc và dùng trong các MBAcông suất nhỏ và rất nhỏ

1.3.3 Hệ thống làm lạnh và vỏ máy.

Khi MBA làm việc, lõi sắt và dây quấn đều có tổn hao năng lợng làm choMBA nóng lên Muốn MBA làm việc đợc lâu dài phải tìm biện pháp giảm nhiệt độcủa MBA xuống Có thể làm nguội bằng không khí tự nhiên hoặc bằng dầu MBA.MBA dùng không khí để làm nguội gọi là MBA khô, MBA làm nguội bằng dầugọi là MBA dầu Hầu hết các MBA điện lực hiện nay đều làm nguội bằng dầu.Khi MBA làm việc, dầu bao quanh lõi thép và dây quấn sẽ nóng lên vàchuyển năng lợng ra ngoài vách thùng nhờ hiện tợng đối lu Nhiệt lợng lại từ váchthùng truyền ra không khí xung quanh bằng quá trình đối lu và bức xạ Nhờ vậy

mà hiệu ứng làm lạnh đợc tăng lên cho phép tăng tải điện từ đối với lõi thép và dâyquấn, tăng đợc công suất máy, giảm đợc kích thớc và trọng lợng máy Đối với

sóng; đối với các MBA lớn hơn, để tăng bề mặt tản nhiệt vách thùng thờng gắnthêm những dãy cánh tản nhiệt hay những dãy ống hoặc hơn nữa có thể làm những

hệ thống dàn ống, gọi là bộ tản nhiệt hay bộ làm lạnh và đợc làm nguội nhờ khôngkhí tự nhiên ở những MBA công suất từ 10 đến 16 ngàn kVA trở lên thờng phảităng cờng làm nguội bằng đối lu cỡng bức không khí nhờ hệ thống quạt gió hay cóthể đối lu cỡng bức dầu trong thùng nhờ một hệ thống bơm riêng hoặc phối hợp cảhai

Để đảm bảo dầu trong MBA luôn luôn đầy trong quá trình vận hành, trên nắpMBA có một bình dầu phụ hình trụ, thờng đặt nằm ngang nối với thùng dầu chínhbằng ống dẫn dầu Tuỳ theo nhiệt độ của MBA mà dầu giãn nở tự do trong bìnhdầu phụ không ảnh hởng tới mức dầu ở trong MBA Vì vậy, bình dầu phụ còn đợcgọi là bình giãn dầu.

Trên nắp thùng còn có các sứ để bắt các dây dẫn ra nối các dây quấn trongMBA với lới điện; thiết bị đổi nối để điều chỉnh điện áp; thiết bị đo nhiệt độ biến

áp; mức treo

Dầu MBA ngoài tác dụng làm lạnh còn là một chất cách điện tốt, nhng cónhợc điểm là dầu MBA đồng thời cũng là một vật liệu dễ cháy nên dễ sinh ra hoảhoạn, vì vậy trong nhiều trờng hợp phải có thiết bị và biện pháp chống cháy thíchhợp

ở các MBA khô vỏ máy chỉ để bảo vệ Vì không khí có khả năng làm nguội

và cách điện kém hơn dầu MBA nên trong các MBA khô, các khe rãnh cách điệncần làm lớn hơn, còn tải điện từ thì lại phải nhỏ hơn so với MBA dầu Cũng vìnhững lý do đó mà kích thớc, trọng lợng và giá thành của MBA khô sẽ tăng lên

Điều này thấy rõ khi công suất và điện áp của máy càng cao Do vậy MBA khô

cũng chỉ dùng trong điều kiện khô ráo

phần I chọn phơng án và tính sơ bộ kích thớc cơ bản

= 333,33 (kVA)Trong đó:

S - Công suất định mức của MBA, S = 1000kVA

m - Số pha của MBA, m = 3

2 Công suất mỗi trụ.

= 333,33 (kVA)Trong đó:

t - Số trụ tác dụng Đối với MBA 3 pha , t = 3

3 Dòng điện dây định mức.

U 3

I1 =

2

U 3

S

⋅

=

400 3

10 S

⋅

⋅

=

35000 3

U1 - Điện áp dây định mức bên phía CA, U1 = 35kV

U2 - Điện áp dây định mức bên phía HA, U2 = 0,4kV

Trong đó:

I1 - Dòng điện bên phía HA, I1 = 1443,37 A

I2 - Dòng điện bên phía CA, I2 = 16,49 A

U1- Điện áp dây bên phía CA, U1 = 35kV

U2- Điện áp dây bên phía HA, U2 = 0,4kV

6 Các thành phần điện áp ngắn mạch.

 Thành phần tác dụng của điện áp ngắn mạch:

Ur =

S 10

Pn

⋅

=

100 10

000 13

U − , %

= 6 2 − 1 , 3 2

= 5,857 (%)Trong đó:

 Điện áp thử nghiệm bên phía HA:

Uth1 = 5 kV

 Điện áp thử nghiệm bên phía CA:

Uth2 = 85 kV

II Tính toán kích thớc chủ yếu của MBA.

1 Chiều rộng qui đổi của rãnh từ tản giữa dây quấn CA và HA.

a1, a2 - Lần lợt là chiều dày của dây quấn CA và HA

Với Uth = 85kV tra bảng 19 tác giả Phan Tử Thụ, ta chọn a12 = 27 mm

Vậy khoảng cách qui đổi ar:

 Vật liệu dẫn từ, ta chọn tôn cán lạnh, mã hiệu 3405 có chiều dày 0,30 mm.

 Theo bảng 11 trang 185 TLTK MBA, ta chọn mật độ từ cảm trong trụ

Bt = 1,60 T

 Dựa vào bảng 6 trang 182 TLTK MBA, tra đợc hệ số tăng cờng gông:

kg = 1,015

 Theo bảng 4 trang 181 TLTK MBA ta chọn số bậc thang trong trụ là 7 bậc; số

bậc thang của gông lấy nhỏ hơn trụ 1 bậc, tức gông có 6 bậc; hệ số chiếm kín

kc = 0,9

 Theo bảng 10 trang 184 TLTK MBA tra hệ số điền đầy với loại tôn cán

lạnh, mã hiệu 3405, bề dày 0,30 mm,

 Kết cấu mạch từ, chọn loại kết cấu mối ghép xen kẽ, mối nối nghiêng ở 4

góc và mối nối thẳng ở giữa.

 Cách ép trụ bằng băng vải thuỷ tinh; ép gông bằng xà ép với bu lông

xiết ra phía ngoài gông, có tấm sắt ép gọi là hệ số lợi dụng K ld của lõi sắt.

* Mật độ từ cảm khe hở không khí mối nối thẳng:

qg = 1,383 + (1,449−1(1,383,58)−⋅1(1,56,576) −1,56)= 1,435 (VA/Kg)

- Suất từ hoá ở khe hở không khí:

+ Nối thẳng: ứng với B''K = 1,69 T

Tra bảng 50, ta đợc q''K = 19200 VA/m2

+ Nối xiên: ứng với B'K = 1,131T

Không có trong bảng, ta tiến hành nội suy:

- Dựa vào bảng 13 trang 186 TLTK MBA tra đợc a = 1,4

- Dựa vào bảng 13 trang 186 TLTK MBA tra đợc b = 0,3

5 Hệ số k f :

k f là hệ số tính đến tổn hao phụ trong dây quấn, trong dây dẫn ra, trong vách thùng và các chi tiết kim loại khác do dòng điện xoáy.

6 Biểu thức tính đờng kính trụ.

Trong đó A là một hằng số đợc xác định:

A = 0,507 ⋅ 4 2

ld

2 t x

r r

k B U f

k a ' S

95 , 0 0483 , 0 33 , 333

MBA ta cã c¸c kho¶ng c¸ch nh sau:

 Kho¶ng c¸ch gi÷a trô vµ d©y quÊn HA.

kld : Hệ số lợi dụng lõi sắt, kld = 0,864

λ 0: Khoảng cách giữa dây quấn CA đến gông λ 0 = 0,075 ma: Hệ số gần đúng, tra bảng 15, a = 1,4

Vậy trọng lợng của trụ:

Gt =

x

997 ,

547 + 93,441x2 + (286,239 + 25,256 x)x3 + 47,987 ⋅ x2

=

x

997 , 547 x

428 , 141 x

x) 25,256 (286,239 + 3 + 2 +

d Trọng lợng dây quấn:

Gdq = 21

x CTrong đó:

r

2 T

2 ld f

2 A

% U B k k

a S

4 , 1 1000

= 533,186 (kg)Trong đó:

kdq = 2,46 ⋅ 10-2 đối với dây đồng

Ur% = 1,3 thành phần tác dụng của điện áp ngắn mạch

Trọng lợng dây quấn kể cả cách điện:

P0 = k'f⋅ (Pt ⋅ Gt + Pg⋅ Gg)

= 1,2 ⋅ (1,15 ⋅ Gt + 1,104 Gg)Trong đó:

k'f là hệ số phụ Đối với tôn cán lạnh do từ tính không phụchồi đầy đủ sau khi ủ, hoặc do có thể có mối ghép vuônggóc, hoặc do sự nắn uốn là tôn lúc lắp ghép làm chotổn hao tăng lên, lấy k'f = 1,2

Pt, Pg: Suất tổn hao sắt ở trụ vuông, tính ở mục 3 đợc:

=

1000 10

) T 61440 G

04 , 61 G 435 , 1 G 526 , 1 ( 25 ,

⋅

⋅ +

⋅ +

⋅ +

⋅

⋅

* i0r =

S 10

P0

⋅

=

1000 10

) G 104 , 1 G 15 , 1 ( 2 ,

⋅

⋅ +

⋅

⋅

r 0 2

G K

P k

13000 91

, 0

C

G dd = 1,06 G dq 421,774 339,7 381,104 365,337 350,388 C' td = G Fe + 2,36 G dd 2147,760 2135,806 2131,884 2132,985 2138,431

dm

2 , 0

24 , 0 A

199 , 1

997 ,

G K

P k

⋅

⋅

783 , 307 4 , 2

13000 91

Gt, Gg: Träng lîng trô vµ g«ng, Gt = 591,413 kg, Gg = 615.

8 Dßng ®iÖn kh«ng t¶i.

S 10

153 , 9756

=

⋅

9 §êng kÝnh trung b×nh cña r·nh dÇu.

d12 = 1,4 ⋅ d = 1,4 ⋅ 0,24 = 0,36 m ≈ 0,34 m

10 Chiều cao dây quấn sơ bộ.

m

Trong đó:

d12: Đờng kính trung bình của rãnh dầu, d12 = 0,34 m

11 Tiết diện hữu hiệu của trụ sắt.

Tt = kđ ⋅ Tt

= kđ ⋅ kc ⋅

4

d 2 dm

⋅ π

= 0,96 ⋅ 0,9 ⋅

4

24 , 0 14 ,

3 ⋅ 2

= 0,039 m2≈ 0,04 m2.Trong đó:

100 41 , 1

⋅

3 , 1 14 , 3

e 1 6

100 41 ,

Suy ra:

MCu = 0,244 ⋅ 10-4 ⋅ (35,2)2 ⋅ 0,91 ⋅ 0,95 ⋅113000,4⋅0,2

= 12,134VËy:

σr = 12,134 ⋅ 1,725

= 20,931 MN/m2 < 60 MN/m2

VËy tho¶ m·n ®iÒu kiÖn cho phÐp

Phần II Tính toán dây quấn MBA

I Tính toán dây quấn HA.

1 Sức điện động của một vòng dây.

Uv = 4,44 ⋅ f ⋅ Tt⋅ Bt

= 4,44 ⋅ 50 ⋅ 0,04 ⋅ 1,60

= 14,208 VTrong đó:

Bt: Mật độ từ cảm trong trụ Bt = 1,6T

Tt : Tiết diện hữu hiệu của trụ, Tt = 0,04 m2

2 Số vòng dây một pha của dây quấn HA:

Uf1: Điện áp pha bên phía HA, Uf1 = 231 V

Uv: Sức điện động của một vòng dây, Uv = 14,208 v

3 Điện áp thực của một vòng dây.

Uv =

1

1 f

W U

=

176 231

= 1,3588 ≈ 13,6 (v)

Trong đó:

Uf1: Điện áp pha bên phía HA.

U P

6 , 13

13000 ⋅

⋅

⋅

= 35,3 ⋅ 106 (A/m2)Trong đó:

kf: Hệ số kể đến tổn hao phụ trong dây quấn, trong dây dẫn

ra, trong vách thùng dầu

kf = 0,91

Pn : Tổn hao ngắn mạch, Pn = 13000W

Uv: Sức điện động của một vòng dây, Uv = 13,6 V

d12: Đờng kính trung bình giữa hai dây quấn, d12 = 0,34 m

5 Tiết diện sơ bộ của dây quấn HA:

T'1 =

tb 1

I

∆

= 3 , 53 10 6

37 , 1443

⋅

= 408,886 ⋅ 10-6 m2 = 408,886 (mm2)Trong đó:

xoắn kép, chiều cao rãnh dầu ngang sơ bộ hr = 4mm Dựa vào bảng 30 trang 197TLTK MBA ta chọn số đệm cách điện giữa các bánh dây là 8.

7 Tính sơ bộ chiều cao hớng trục của mỗi vòng dây:

515 , 0

− +

= 0,024 m = 24 mm

Trong đó:

λ1: Chiều cao dây quấn sơ bộ, λ1 = 0,515 m

W1: Số vòng dây quấn HA, W1 = 17 vòng

hr1: Chiều cao rãnh dầu ngang sơ bộ, hr1 = 4 mm

Vì hr1 > 15 mm, theo hình (3 - 40a) trang 84 TLTK MBA Với ∆ = 3,53 ⋅ 106

A/m2, q = 2000W/m2 thì b không vợt quá 16mm, do đó ta chọn dây hình chữ nhật,dây quấn có rãnh dầu ngang giữa, hoán vị phân bố đều

8 Với T' 1 và h v1 đã tính ở trên ta phải làm hai sợi xoắn kép, số sợi chập là 8 sợi chia làm hai nhóm nh sau:

mã hiệu ПБ

Theo bảng 21 trang 192 TLTK MBA, ta có:

1 , 52

; 1 , 11 5 , 5

6 , 10 0 , 5 8 T

; ' b ' a

b a

a', b': Kích thớc dây có cách điện

Td1: Tiết diện mỗi sợi dây

9 Tiết diện thực của mỗi vòng dây:

Td1: Tiết diện sợi dây, Td1 = 52,1 (mm2)

10 Chiều cao thực của mỗi vòng dây:

b': Chiều rộng dây quấn kho có cách điện, b' = 11,1 mm.

−

⋅

= 3,46 ⋅ 10-6 A/m2.Trong đó:

I1: Dòng điện dây định mức phía HA, I1 = 1443,37 A

T1: Tiết diện thực của một vòng dây, T1 = 416,8 (mm2)

12 Chiều cao thực của dây quấn HA:

Đối với dây quấn hình xoắn mạch kép hoán vị phân bố đều, có rãnh dầu giữatất cả các bánh dây, ta có:

λ1 = 2 ⋅ b' ⋅ 10-3 (W1 + 1) + k ⋅ hr ( 2W1 + 1) ⋅ 10-3 (m)

= 2 ⋅ 11,1 ⋅ 10-3 (17 + 1) + 0,95 ⋅ 4 ( 2 ⋅ 17 + 1) ⋅ 10-3

= 0,532 m

Trong đó:

b': Chiều rộng dây quấn khi có cách điện, b' = 11,1 mm

W1: Số vòng dây một pha của dây quấn HA, W1 = 17 vòng

cuộn dây

hr: Chiều cao rãnh dầu ngang sơ bộ, hr = 4 mm

13 Bề dày dây quấn HA:

a': Chiều rộng của dây quấn khi có cách điện, a' = 5,5 mm.

14 Đờng kính trong của dây quấn HA.

D'1 = d + 2 ⋅ a01 ⋅ 10-3

= 0,24 + 2 ⋅ 15 ⋅ 10-3

= 0,27 (m)Trong đó:

a01: Khoảng cách giữa trụ và dây quấn HA, a01 = 15 mm

15 Đờng kính ngoài của dây quấn HA.

D''1 = D'1 + 2 ⋅ a1

= 0,27 + 2 ⋅ 0,02

= 0,310 (m)Trong đó:

D'1: Đờng kính trong của dây quấn HA, D'1 = 0,27 m

a1: Bề dày dây quấn HA, a1 = 0,02 m

16 Bề mặt làm lạnh của dây quấn HA:

Với dây quấn hình xoắn mạch kép có rãnh dầu ngang giữa tất cả các bánhdây, ta có:

M1 = 4 ⋅ t ⋅ k ⋅ π ⋅ ( D'1 + a1) ⋅ ( a1 + b' ⋅ 10-3) ⋅ W1 (m2)

= 4 ⋅ 3 ⋅ 0,75 ⋅ 3,145 ⋅ ( 0,27 +0,02) ⋅ ( 0,02 +11,1 ⋅ 10-3) ⋅ 17

= 4,33 (m2)Trong đó:

t: Số trụ, t = 3

k = 0,75

π: Số pi, π = 3,14

D'1: Đờng kính trong của dây quấn HA, D'1 = 0,27 m

a1: Bề dày dây quấn HA, a1 = 0,02 m

b'1: Chiều dày dây quấn khi có cách điện, b'1 = 11,1 mm

W1: Số vòng dây một pha của dây quấn HA, W1 = 17 vòng

17 Trọng lợng đồng của dây quấn HA.

1 1 2

2

'' D ' D t

2

31 , 0 27 , 0 3

28 ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅ ⋅ − ⋅

= 172,6 (kg)

Trong đó:

t: Số trụ, t = 3

D'1: Đờng kính trong dây quấn HA, D'1 = 0,27 m

D''1: Đờng kính ngoài dây quấn HA, D''1 = 0,31 m

W1: Số vòng dây quấn HA, W1 = 17 vòng

T1: Tiết diện thực của mỗi vòng dây, T1 = 416,8 ⋅ 10-6 m2

18 Trọng lợng đồng của dây quấn HA kể cả cách điện

Gd1 = 1,02 ⋅ GCu1

= 1,02 ⋅ 172,6

= 176,052 kg

Trong đó:

GCu1: Trọng lợng đồng của dây quấn HA: GCu1 = 172,6 kg

II Tính toán dây quấn CA.

Với MBA có:

U = 35/0,4 [kV]

Ta có những phơng án thiết kế và tính toán dây quấn CA nh sau:

- Tính số vòng dây, kích thớc và cách điện dây quấn CA theo cấp điện áp là

2 f

W1: Số vòng dây của dây quấn CA, W1 = 17 vòng

Uf1: Điện áp pha bên phía HA, Uf1 = 231 V

Uf2: Điện áp pha bên phía CA, Uf2 = 20207 V

2 Số vòng dây CA ở một nấc điều chỉnh.

Wđc = 0,025 ⋅ W2đm