Thiết kế 1 máy biến áp điện lực ngâm dầu công suất 1600 kVA

ng suất vừa và lớn. Chất lượng sản phẩm cao, đạt tiêu chuẩn trong nước và quốc tế. Để có được những sản phẩm như vậy, trước hết cần phải có sự chuẩn bị tốt nhất ở khâu thiết kế sản phẩm. Khẳng định thiết kế là khâu trọng yếu, quyết định tới chất lượng sản phẩm.Vì vậy, đòi hỏi người thiết kế ngày càng phải có trình độ cao hơn, có nhiều kiến thức chuyên môn và kiến thức thực tế về công nghệ chế tạo. Nhiệm vụ của tập đồ án này là thiết kế một máy biến áp điện lực ngâm dầu công suất 1600 kVA. Vì trình độ, kinh nghiệm và thời gian có hạn, trong bài thiết kế này chắc không tránh khỏi thiếu sót. Kính mong thầy giáo chỉ bảo , giúp đỡ để em hoàn thành bài đồ án được tốt hơn. Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo TriệuViệt Linh đã hướng dẫn, chỉ bảo, giúp đỡ em hoàn thành bài đồ án này. Đ 1.Tính toán các kích thước chủ yếu của máy biến áp I.Tính toán các đại lượng điện cơ bản: 1.Công suất mỗi pha : Sf = (1-1) 2.Công suất mỗi trụ : (1-2) trong (1-1) và (1-2): m - số pha, m=3 ;còn t – số trụ, t = 3; S – công suất máy biến áp, S = 1600 kVA 3.Dòng điện dây định mức: Dòng điện dây phía cao áp : I1 = (1-3) Dòng điện dây phía hạ áp : I2 = (1-4) 4.Dòng điện pha : Do các cuộn dây nối Y/yo nên dòng điện pha có trị số bằng dòng điện dây: Dòng điện pha phía cao áp : I1f = I1= 26,4 (A) Dòng điện pha phía hạ áp : I2f = I2= 2310 (A) 5.Điện áp pha : Do các cuộn dây nối Y/yo nên điện áp pha có trị số như sau: Điện áp pha phía cao áp : U1f = U1/=35/=20,207 (kV) (1-5) Điện áp pha phía hạ áp : U2f = U2/=0,4/=0,231 (kV) (1-6) 6.Thành phần điện áp ngắn mạch : Thành phần điện áp ngắn mạch tác dụng : unr%= (1-7) Thành phần điện áp ngắn mạch phản kháng : unx%= (1-8) 7.Điện áp thử : Theo phụ lục XIII sách thiết kế máy điện (Trần Khánh Hà -Nguyễn Hồng Thanh), ta có : điện áp thử phía cao áp: Uth1=80kV; còn bên phía hạ áp: Uth2 = 5kV. II.Thiết kế sơ bộ lõi sắt và tính toán các kích thước chủ yếu của máy biến áp. 8.Lõi sắt : ở đây ta chọn lõi sắt kiểu trụ,tiết diện ngang có dạng bậc thang đối xứng nội tiếp đường tròn có đường kính là đường kính lõi sắt. Chọn cách ép trụ và gông : Chọn theo Bảng 6 (Thiết kế máy điện – Phan Tử Thụ) ta chọn cách ép trụ bằng băng đai , ép gông bằng sắt góc. Sử dụng lõi thép có 4 mối ghép xiên ở 4 góc của lõi còn 3 mối nối giữa dùng mối ghép thẳng. Hệ số tăng cường gông: kg=1,02(tỉ lệ giữa tiết diện gông và tiết diện trụ ). Dựa vào Bảng 4 TL1, chọn số bậc thang trong trụ là 8. Hệ số chêm kín k c = 0,93. 9.Chọn tôn silic, cách điện của chúng và cường độ từ cảm trong trụ và gông: Theo Bảng 8 TL1, chọn loại tôn silic cán lạnh M4X , dày 0,28 mm . Chọn từ cảm trong trụ Bt =1,62T. Chọn hệ số điền đầy rãnh kđ = 0,928 bảng 13.2 TL[2] Hệ số lợi dụng lõi sắt : kld = kc.kd = 0,93.0,928 = 0,86 Từ cảm trong gông: Bg = 1,62/1,02 = 1,585 T. Từ cảm khe hở không khí ở mối nối thẳng : B= Bt =1,62 T, ở mối nối xiên là : B= Bt/ = 1,62/ = 1,146 T Tra Bảng 45 TL1, có : Suất tổn hao ở trụ và gông : pt =1,132 (w/kg) ; pg = 1,040 (w/kg) Tra bảng 51 TL1, có : Suất từ hoá ở trụ và gông : qt = 1,56 (VA/kg) ; qg = 1,25 (VA/kg) Theo Bảng 51 TL1 , có : Suất từ hoá ở khe hở không khí : Mối nối thẳng: p= 19200 VA/m2 ;mối nối xiên: p= 1900 VA/kg. Ghép nối giữa trụ và gông : chọn dùng kiểu mối nối ghép nghiêng ở 4 góc: Lượt 1 Lượt 2 Hình1: Thứ tự ghép lõi sắt 3 pha. Chọn dùng sơn cách điện loại 302 của Nga, vì loại sơn này phù hợp với đặc điểm khí hậu ở nước ta.Lớp phủ dày 0,02mm. 10.Chiều rộng qui đổi của rãnh từ tản giữa dây quấn cao áp và hạ áp: Căn cứ vào giá trị điện áp thử CA Uth1=80kV, theo bảng 19 (tài liệu [1]), ta có: a12= 2,7mm ; d12= 5mm a ; a22 =30mm; Trong rãnh a12 đặt ống cách điện dày d12 Trong công thức (a1 + a2)/3 = k..10-2 , hệ số k được tra theo bảng 12 (tài liệu [1])hoặc bảng 13.1 tài liệu [2] được k=0,52.Suy ra: (a1+a2)/3 = k..10-2 = 0,52. (cm) Suy ra : ar = a12 + (a1 + a2)/3 = 27+25=52(mm) 11Tính toán các kích thước chủ yếu của máy biến áp: *)Trước tiên ta xác định sơ đồ các kích thước chủ yếu của máy biến áp như hình vẽ 2. Các kích thước chủ yếu của máy biến áp đó là : đường kính trụ của lõi sắt d,chiều cao dây quấn l và đường kính trung bình của dây quấn cao áp và hạ áp Sau khi xác định được các kích thước chủ yếu thì hình dạng,thể tích và các kích thước như chiều cao trụ sắt, khoảng cách C giữa các trụ cũng được xác định. Trong tính toán máy biến áp, thường dùng một tham số trung gian b gọi là tỷ số kích thước cơ bản.Thực chất b là tỷ số giữa chiều dài trung bình một vòng dây của hai dây quấn cao áp (CA) và hạ áp (HA) với chiều cao của dây quấn đó. b được tính theo công thức : b = pd12/ l = ltb12/ l .Tham số b có ảnh hưởng rất lớn Hình 2.Sơ đồ các kích thước chủ yếu của máy biến áp. tới các chỉ tiêu kinh tế – kỹ thuật của máy biến áp : Về mặt kinh tế: với các máy biến áp có cùng công suất, điện áp , tham số kỹ thuật thì khi b nhỏ, d12 sẽ giảm, I tăng, máy gầy và cao, trọng lượng sắt giảm, trọng lượng đồng tăng. Nếu b lớn máy sẽ béo và lùn, trọng lượng sắt tăng, trọng lượng đồng giảm. Hệ số b còn ảnh hưởng tới các vật liệu kết cấu và do đó ảno hưởng đến giá thành của máy. Về mặt kỹ thuật: khi b tăng, đường kính trụ lõi sắt tăng, trọng lượng sắt tăng, tổn hao sắt tăng kéo theo dòng điện không tải tăng, trọng lượng đồng thấp nên tổn hao đồng thấp. Ngược lại, khi b giảm, trọng lượng sắt giảm nhưng trọng lượng đồng tăng, nếu giữ mật độ dòng điện không đổi thì tổn hao đồng sẽ tăng lên. Sự liên quan giữa các kích thước chủ yếu với công suất, đặc tính máy biến áp được thể hiện như sau : Theo lý thuyết máy điện, điện áp ngắn mạch phản kháng phần trăm được tính theo công thức sau: ,% ,% (1-9) trong đó : I - dòng điện pha, A w – số vòng dây mỗi pha. b - tỷ số kích thước cơ bản . ar = a12+ (a1+ a2)/3 – một khoảng cách phụ thuộc vào kích thước hình học của dây quấn HA và CA, ar= 5,2cm kr – hệ số Rogovski qui từ trường tản thực tế về từ trường lý tưởng. Lấy kr = 0,95. Uv = 4,44.f.Bt.St - điện áp một vòng dây, V f – tần số điện công nghiệp, f =50 Hz St = kld.pd 2/4 – tiết diện tác dụng của trụ, m2. kld – hệ số lợi dụng lõi sắt. Bt – mật độ từ thông trong trụ, T. Thay vào công thức (1-8), ta được: ,m (1-10) trong đó : S’ = U.I.10-3 - công suất mỗi trụ của máy biến áp, kVA. Trong công thức (1-10 ta thấy có 3 nhóm đại lượng : Những đại lượng cho trước hoặc do tiêu chuẩn đề ra: S’, f, unx. Những đại lượng phải chọn trong quá trình tính toán: Bt , kld, b. Những đại lượng được xác định trong quá trình tính toán: ar , kr. Ta thấy cả 3 nhóm đại lượng trên đều đã được xác định trong các mục trước. Như vậy trong công thức (1-10có thể coi d là hàm số của b, và có thể viết : d = A.x (1-11) trong đó : A =16. (1-12) Và x = *)Tiếp theo ta xác định trị số b tối ưu theo chỉ tiêu kinh tế và kĩ thuật: Trọng lượng sắt của trụ được tính theo công thức : Gt = t.St.gFe.( l + 2.lo) = t..kld.gFe.(+ 2.lo).10-8 ,kg (1-13) Trong đó : t – số trụ tác dụng, t =3 lo – khoảng cách từ dây quấn đến gông.Tra phụ lục XIV([2]), chọn lo = 75m. d12-đường kính trung bình của hai cuộn dây CA và HA. Thường thì d12 tỷ lệ với d nên ta có : d12 = a.d .Trong đó hệ số a được chọn sơ bộ theo bảng 13([1]) : đối với dây quấn đồng a= 1,3 á 1,42. chọn a = 1,4.Với dây quấn nhôm thì a lớn hơn của đồng 1,06 lần. Khi đó công thức (1-11) được viết như sau: Gt = , kg (1-14) Trong đó : A1,A2 là các hệ số : A1 = 5,66.10-2.a.A3.kld = 5,66.10-2.1,4.23,43.0,86 = 873,2 (kg) A2 =3,6.10-2.A2.kld.lo =3,6.10-2.23,42.0,86.7,5= 127,1 (kg) Trọng lượng sắt gông: Gg = B1.x3 + B2.x2 , kg (1-15) Trong đó : B1 ,B2 là các hệ số: B1 =2,40.10-2.kg.kld.A3.(a+b+e) = =2,40.10-2.1,02.0,86.23,43.(1,4+0,28+0,411)=564 ,kg(1-16) B2 = 2,40.10-2.kg.kld.A2.(a12 + a22) = 2,40.10-2.1,02.0,86.23,42.(2,7+3,0)=65,7 ,kg (1-17) Trọng lượng kim loại dây quấn: Gdq= C1 / x2 ,kg (1-18) Trong đó: C1=,kg (1-19) hay C1 = 797,6 kg trong đó: đối với dây đồng Kdq= 2,46.10- 2 Giá thành vật liệu nói chung: Ctd = cFe.(Gt +Gg ) + cdq.k.Gdq (1-20) Trong đó : cFe ,cdq tương ứng là giá 1kg sắt làm lõi và 1 kg kim loại làm dây quấn. Còn k là hệ số tăng trọng lượng của dây quấn do cách điện, đối với dây đồng k= 1,02 Thông thường để dễ so sánh các phương án, người ta biểu diễn giá thành theo đơn vị qui ước với cách chọn giá thành 1 kg sắt làm đơn vị, như vậy giá thành vật liệu tác dụng của máy biến áp sẽ là: C’td = Ctd / cFe = (Gt +Gg ) + kCuFe.k.Gdq (1-21) Trong đó : kCuFe = cdq/ cFe =2,21 *Phương trình tìm giá trị làm cho chi phí nhỏ nhất : B= Ta có phương trình : Hay: Giải phương trình trên ta tim được giá trị =1,1877 Tổn hao không tải của máy biến áp: Po = k’f.(pt.Gt + pg.Gg ) ,W (1-22) Trong đó : pt , pg là suất tổn hao trong trụ và gông, w/kg k’f là hệ số phụ, chủ yếu kể đến các đặc điểm làm lõi sắt. ở đây lấy k’f = 1,25 với tôn cán lạnh. Công suất từ hoá : Qo = k”f.( Qc + Qf +Qd) ,VA (1-23) Trong đó : k”f là hệ số kể đến sự phục hồi từ tính không hoàn toàn khi ủ lại lá tôn cũng như sự uốn nắn và ép lõi sắt, lấy k”f=1,25 Qc là công suất tổn hao chung của trụ và gông: Qc= qt.Gt+qg.Gg ,VA (1-24) Qc =1,56.Gt +1,25.Gg qt ,qg là suất từ hoá tring trụ và gông(VA/kg),xác định theo bảng 50(TKMBAĐL-Phan Tử Thụ) Qf là công suất từ hoá phụ đối với “góc” có mối nối thẳng: Qf = 40.qt.Go ,VA (1-25) Go là trọng lượng của một “góc”,với gông tiết diện chữ nhật: Go = 0,493.10-2.kg.kld.A3x3 , kg (1-26) Go =0,493.10-2 .0,86.1,02. Qf =40.1,56. Go =62,4. Go Qk là công suất từ hoá ở những khe hở không khí nối giữa các lá thép: Qk = 3,2.qk.Sk ,VA (1-27) Qk là suất từ hoá ở khe hở đối với Bt,(VA/m2) Sk là diện tích tiết diện tác dụng ở khe nối.Nếu nối thẳng thì : Sk = St = 0,785.kld.A2.x2 (m2) (1-28) Sk = 0,875.0,86.369,7 Nếu mối nối nghiêng : Sk = .St = 1,11. kld.A2.x2 (m2) (1-29) Qk = 3,2.369,7.0,19 .x2=224,78.x2 Thành phần phản kháng của dòng điện không tải : , % (1-30) Mật độ dòng điện trong dây quấn: J= , A/mm2 (1-31) trong đó : KCu = 2,4 đối với dây đồng, mật độ dòng điện cho phép là Jcp Ê 4,5 A/mm2. Do đó mật độ dòng điện tính ra theo công thức (1-31phải bé hơn trị số cho phép, nếu không thì phải chon lại dây quấn. Từ các công thức đã lập ở trên ta tiến hành tính toán tìm trị số b*, kết quả tính toán cho trong bảng sau: β 1.2000 1.8000 2.4000 3.0000 3.6000 2.0500 X= 1.0466 1.1583 1.2447 1.3161 1.3774 1.1966 X 1.0954 1.3416 1.5492 1.7321 1.8974 1.4318 X 1.1465 1.5540 1.9282 2.2795 2.6135 1.7132 a1/X 834.2926 753.8685 701.5537 663.4885 633.9253 729.7519 a2* X 139.2311 170.5225 196.9025 220.1437 241.1553 181.9795 Gt 973.5237 924.3911 898.4562 883.6322 875.0806 911.7315 b1* X 646.6437 876.4628 1087.5207 1285.6420 1474.0288 966.2611 b2* X 71.9707 88.1458 101.7820 113.7957 124.6570 94.0681 Ggông 718.6144 964.6086 1189.3027 1399.4377 1598.6858 1060.3292 G(Fe) 1692.1381 1888.9996 2087.7589 2283.0699 2473.7664 1972.0606 63.5293 86.1078 106.8431 126.3075 144.8155 94.9300 Po 2496.6736 2766.9649 3042.8017 3315.1773 3581.8531 2882.0102 Qo 8284.2846 10403.1399 12379.3234 14248.3511 16033.0748 11241.4768 Iox 0.5178 0.6502 0.7737 0.8905 1.0021 0.7026 Gdq 728.1059 594.4959 514.8486 460.4946 420.3721 557.0680 Gcu 771.7922 630.1657 545.7395 488.1242 445.5944 590.4921 KcuFe*Gcu 1705.6608 1392.6662 1206.0843 1078.7546 984.7637 1304.9875 C'td 3397.7989 3281.6658 3293.8432 3361.8245 3458.5301 3277.0482 J(a/mm~2) 2.8865 3.1945 3.4327 3.6296 3.7989 3.3001 Ungsuat 16.5101 22.3778 27.7665 32.8249 37.6348 24.6705 d=A*x 24.4913 27.1040 29.1252 30.7961 32.2323 27.9998 d12 34.2878 37.9457 40.7753 43.1146 45.1252 39.1997 L 89.7625 66.2257 53.3731 45.1482 39.3780 60.0711 2*a2 6.8576 7.5891 8.1551 8.6229 9.0250 7.8399 C 46.8453 51.2348 54.6303 57.4375 59.8503 52.7396 Từ bảng ,giá thấp nhất =1,99 thuộc đoạn [1,8;2,4] tương ứng với lõi sắt d=27,1040(cm) đến 29,1252 .Trong khoảng đó tất cả các tham số đều thoả mãn yêu cầu Chọn d=28(cm) b(chuẩn)= Đường kính trụ sắt d = a.A. cm Tiết diện trụ lõi sắt St=369,7. =529,3() Chiều cao dây quấn l=. Chiều cao trụ =l+2. Khoảng cách giữa các trụ lõi sắt (cm) Khối lượng dây quấn =557,068(kg) Khối lượng sắt Kiểm tra các điều kiện kĩ thuật : ã Mật độ dòng điện trong dây quấn: J== 3,3A/mm2 Suy ra J < 4,5A/mm2 = Jcp ã ứng suất kéo sk: Hệ số : kn = 1,41..(1+e-p.u/u) = 1.41..(1+e-p.1/5,916) = 37,3 M = 0,2453.10-4.kn.kf.kr. =0,2453.10-4.37,3.0,91.0,95. ốM = 14,4(MPa) ố sk = M.x3 = 14,4.1,713 = 24,67 (MN/m2) vậy sk < [sk] = 60 MN/m2 ã Tổn hao không tải: Từ bảng trên ta có Po (b*) =519,31W @Po =510W ã Sai lệch giá cả tác dụng : DC’td%=ẵ3277.0482-3276.6559ẵ.100/3276,6559=0,012 ,% ố DC’td % = 0,012< 5% ố đạt yêu cầu. Kết luận: với giá trị b trên, các điều kiện kinh tế và kĩ thuật đều được đảm bảo. Điện áp một vòng dây: uv = 4,44.f.Bt.St = 4,44.50.1,62.529,3=19,04 V Đ2.Tính toán dây quấn máy biến áp I.Tính toán dây quấn hạ áp : 1.Số vòng dây một pha của dây quấn HA: w1 = U1t/uv = U1f/uv = 231/19,04 = 12,13 vòng ốlấy w1= 12 vòng 2.Điện áp thực một vòng dây: uv = U1f / w1 = 231/12= 19,25 (V) 3.Cường độ từ cảm thực trong trụ sắt: Bt= (T) 4.Mật độ dòng điện trung bình đối với dây đồng : Jtb = (A/mm2) 5.Tiết diện vòng dây sơ bộ: S1’ =If1/Jtb =2310/3,44 ằ 672 mm2 6.Chọn dây,cách điện Chọn dây xoắn ốc kép ,khoảng cách rãnh dầu lấy sơ bộ la hr=0,6 cm.Số đệm chin theo chu vi dây quấn là 12 ,Chiều rộng tấm đêm là 4 cm . b a == .. .. . Fs b a == .. .. . Fs Chọn 12 dây PB có tiết diện : .Chia làm 2 mạch song song có rãnh dầu ở giữa 7.Chiều cao hướng trục của một vòng dây kể cả cách điện: Số vòng trong 1 lớp : wl1=w1 = 12 vòng. (cm) 9.Tiết diện một vòng dây: S1 = nv1.Sđ1 =12.58,52=702,24 (mm2) 10.Mật độ dòng điện thực trong dây quấn HA: J1 = I1f/S1 = 2310/702,24 = 3,29 (A/mm2) 11.Chiều cao tính toán của dây quấn HA: Bố trí 14 rãnh dầu ngang ở giữa dây quấn rộng 1,2 (cm) ;Các rãnh còn laị rộng 1(cm); 12.Bề dày của dây quấn HA: a1 =(nv1/2).a’ = 12.0,525 = 3,15 (cm) 13.Đường kính trong của dây quấn HA: D1’=d + 2.a01 = 38 + 2.1,5= 31 (cm) a01=1,5 cm với U>= 5(KV) 14.Đường kính ngoài của dây quấn HA: D1”=D1’ + 2.a1 = 31 + 2.3,15 = 37,3 (cm) 15.Đường kinh trung bình: D1tb= D1’+ D1”=(31+37,3)/2 = 34,15 (cm) II.Tính dây quấn cao áp (CA): 1.Số vòng dây của dây quấn cao áp với điện áp định mức: w2đm = w1. vòng Chọn kiểu điều chỉnh điện áp hình 13-18c .Dòng điện ở tiếp điểm điều chỉnh là 26,4(A) Điện áp làm việc giữa 2 tiếp đểm chính là Vậy =2.3500=7000(V) 2.Số vòng dây của một cấp điều chỉnh: Theo bài ra ta cần có 4 cấp điều chỉnh ±2´2,5%,do đó: wđc = 0,025.w2đm = 0,025.1050 =26,25 vòng lấy 27 vòng 3.Số vòng dây ứng với các đầu phân áp: Cấp +5%: w2 = w2đm + 2.wđc = 1050 + 2.27 = 1104 vòng Cấp +2,5%: w2 = w2đm + wđc = 1050 + 27 = 35875 vòng Cấp +0%(Uđm): w2 = w2đm = 1050 vòng Cấp –2,5%: w2 = w2đm - wđc = 1050 - 27 = 1023 vòng Cấp - 5%: w2 = w2đm - 2.wđc = 1050 - 2.27 =996 vòng 4.Mật độ dòng điện sơ bộ: J2’=2. Jtb -J1 = 2.3,44 – 3,29 = 3,59 (A/mm2) 5.Tiết diện vòng dây sơ bộ: S2’= (mm2) 6.Chọn kết cấu dây quấn CA: Dùng dây xoắn liên tục với loại 7.Chiều dày cách điện giữa các bánh dây theo chiều hướng trục: Hai bánh dây trên và dưới của mỗi pha tăng cường cách điện 6 mm Chiều cao rãnh điều chỉnh hđc = 12mm Chiều cao rãnh dầu ngang hr = 5mm. Chọn chiều dày cách điện giữa các lớp : 2´ 0,5 mm, tức là dùng 2 tấm cách điện có chiều dày mỗi tấm là 0,5 mm ghép lại. Vật liệu cách điện làm bằng giấy điện thoại. Chiều dày cách điện rãnh dầu ngang : dđ = 1 mm Chiều dày cách điện giữa các bánh dây theo chiều hướng trục: Chiều cao 1 bánh dây 0,69(cm)= 8.Mật độ dòng ở cao áp thực tế 9.Số bánh dây tối thiểu trên một trụ: nb2 = = (bánh) lấy nb2=60 (bánh) 10.Tổng số vòng dây trong các bánh : 48 bánh cơ bản .Mỗi bánh 20 vòng 8 bánh điều chỉnh điện áp .Mỗi bánh 13,5 vòng 4 bánh cách điện tăng cường .Mỗi bánh 9 vòng Tổng 60 bánh vòng 11.Chiều cao dây quấn cao áp : 12.Chiều rộng dây quấn cao áp : a =20.2,1=40,2(mm)=4,2(cm) 13.Chọn các khoảng cách cách điện : U Thì : a =2,7(cm) Kích thước ống bakêlít 14.Đường kính trong dây quấn cao áp : 15. .Đường kính ngoài dây quấn cao áp : 16.Khoảng cách giữa các trụ : Lấy C=54,5(cm) Trọng lượng các cuộn dây quấn sẽ trình bày trong phần tính toán ngắn mạch Bảng 2.Bố trí cụ thể các bánh dây : Số liệu Ký hiệu qui ước các bánh dây Tổng hợp C Đ T Tên các bánh dây Chính điều chỉnh Tăng cường cách điện Số bánh trên trụ 48 8 4 60 Số vòng 1 bánh 20 13,5 9 Số vòng toàn bộ 960 108 36 1104 Kích thước dây dẫn(mm) - Không có cách điện - Có cách điện Tiết diện vòng dây(mm2) 8,265 8,265 8,265 8,265 Mật độ dòng điện(A/mm2) 3,19 3,19 3,19 3,19 -Đường kính trong D2’(cm) 42,7 42,7 42,7 42,7 -Đường kính ngoài D2”(cm) 51,1 48,58 46,48 51,1 2rãnh rộng 0,6 cm 13rãnh rộng 0,5 cm cdcmccm 13 rãnh rộng 0,5 cm 2 rãnh rộng 0,6 cm 2T 24C 4Đ 4Đ 24C 2T hcđ = Hình 4.Bố trí các cuộn dây. Đ3.Tính toán ngắn mạch I.Xác định tổn hao ngắn mạch: 1.Trọng lượng đồng của dây quấn HA: Gcu1 = 28.C.D1tb.w1.S1 = 28.3.34,15.12.702,2410.= 240,67 (kg) Trong đó: C – Số trụ tác dụng, C=3 D1tb = 0,5.(D’1 + D1”) = 0,5.(31+37,3) = 34,15 cm w1 =12 vòng S1 = 702,24 mm2 Trọng lượng dây quấn HA kể cả cách điện 2.Trọng lượng đồng của dây quấn CA: Gcu2=Gcu2bánhC+ Gcu2bánhĐ+ Gcu2bánhT Gcu2bánhC = 28.C.Dtb2bánhC.w2đmbánhC.S2.10-3 = 28.3.46,9.960.8,265.10-3 = 312,58 (kg) trong đó: Dtb2bánhC = 0,5.(D2’+D2C”) = 0,5.(42,7+51,1) = 46,9 cm S2 = 8,265 mm2 Gcu2bánhĐ = 28.C.Dtb2bánhĐ.w2đmbánhĐ.S2.10-3 = 28.3.45,64.108.8,265.10-3 = 34,22(kg) trong đó: Dtb2bánhĐ = 0,5.(D2’+D2Đ”) = 42,7+14.0,21 = 45,64 cm Gcu2bánhT = 28.C.Dtb2bánhT.w2đmbánhT.S2.10-3 = 28.3.44,59.36.8,265.10-3 = 11,14 (kg) trong đó: Dtb2bánhT = 0,5.(D2’+D2T”) = 42,7+9.0,21 = 44,59 cm Vậy Gcu2=312,58+34,22+11,14=358(kg) Trọng lượng dây quấn CA kể cả cách điện s 3.Tổn hao đồng: ở dây quấn HA: Pcu1 = 2,4.J12.Gcu1 = 2,4.3,292.240,67 = 6252 (w) ở dây quấn CA: Pcu2 = 2,4.J22.Gcu2 = 2,4. 3,192.358 = 8686 (w) 4.Tổn hao phụ trong dây quấn: Tổn hao phụ thường được tính gộp cùng với tổn hao đồng bằng cách thêm vào tổn hao đồng một hệ số tổn hao kf. ở dây quấn HA: do dây quấn HA có dạng hình chữ nhật, nên hệ số kf được tính theo công thức sau: kf = 1+ 0,095.b2.a4.n2 = = 1+ 0,095.0,224.0,4754.62 = 1,039 trong đó: a=0,475 cm b=1,25 cm n=6,m=24 b = b.m.kr/l = 1,25.24.0,95/60,2 = 0,4732 Suy ra=0,224 l = l2 = 60,2 cm Suy ra: Pcu1 + Pf1 = kf1.Pcu1= 1,039.6252 =6495,8 w ở dây quấn CA: . Fs kf2 = 1 + 0,095.b’2. 4.n2 = = 1+ 0,095.0,6472.0,164.202 n=20 = 1,010 b’=.m.kr/l = 0,64.60.0,95/60,2 = 0,647 trong đó : =0,16 cm =0,64 cm m=60 n=20 m=60 . Suy ra: Pcu2+ Pf2 = kf2.Pcu2 = 1,01.8686 = 8772,86 w 5.Tổn hao chính trong dây dẫn ra: +)Chiều dài dây dẫn ra: lr ằ 7,5.l = 7,5.60,2 = 451,5 cm=4,515 m +)Trọng lượng đồng của dây quấn: -dây quấn HA: Gr1 = lr1.Sr1.g =lr.S1.gcu = 451,5.702,24.8900.10-8 = 28,2kg -dây quấn CA: Gr2 = lr2.Sr2.g =lr.S2.gcu = 451,5.8,265.10-8.8900 = 0,332 kg +)Tổn hao trong dây dẫn ra: -dây quấn HA: Pr1 = 2,4.J12.Gr1 = 2,4.10-12.3,292.28,2 = 732,6 w -dây quấn CA: Pr2 = 2,4.J22.Gr2 = 2,4.3,192.0,332 = 8,1 w Tổng : Pr =Pr1 + Pr2 = 732,6 + 8,1 = 740,7 w 6.Tổn hao trong vách thùng và các chi tiết kim loại khác: Sử dụng công thức kinh nghiệm: Pt ằ 10.k.S = 10.0,025.1600 = 400w Trong đó: Tra bảng 40 TL 1, được : k =0,025 7.Tổn hao ngắn mạch toàn phần: Pn = (Pcu+ Pf )+ Pr + Pt = 6495,8+8772,86 + 740,7 + 400 = 16409 w Sai số với Pn tiêu chuẩn(Pn=16000w) là 2,56%,tức là chấp nhận được. II.Xác định điện áp ngắn mạch: 1.Thành phần tác dụng: unr = % 2.Thành phần phản kháng: unx= % trong đó: f = 50 Hz –tần số điện công nghiệp. =533,3 kVA-công suất trên một trụ tác dụng. b = p.d12/l = ar = a12 + (a1+a2)/3 = 2,7 + (3,15+4,2)/3 = 5,15 kr = 1- s = 1 – 0,53 = 0,947 s = uv = 19,25 V-điện áp một vòng dây. Suy ra: điện áp ngắn mạch toàn phần: un = % Sai số với điện áp ngắn mạch tiêu chuẩn: Dun %=(6,12-6).100/4=2% < 5%, đạt yêu cầu. III.Tính toán lực cơ học của máy biến áp: 1.Trị số hiệu dụng của dòng điện ngắn mạch xác lập: I2n = A 2.Trị số cực đại (xung kích) của dòng điện ngắn mạch : i2max= .I2n.(1+e) = 3.Lực hướng kính khi ngắn mạch: Fr = 0,628.(i2max.w2)2.b.kr.10-6 = 0,628.(965.1050)2.2,11.0,947.10-6 =1288325 N Vậy Fr = 1288325 N 4.ứng suất do lực hướng kính gây nên(ứng suất nén): +)ứng suất nén trong dây quấn HA: snr1= Fnr = Fr/ 2p = 269259/2p = 42875 N +)ứng suất nén trong dây quấn CA: snr2= lx 4Đ 4Đ Như vậy ta thấy ứng suất nén trong cả 2 cuộn CA và HA đều nhỏ hơn giá trị cho phép [sn] = 30 MN/m2 , đạt yêu cầu. 5.Lực chiều trục: Ft’ = Fr. N Ft” = Fr. N Với lx = 9,12 cm kr = 0,947 m= 4 l”=(B-d)/2 =(73,8 – 28)/2 = 22,9 cm B=73,8 cm-Chiều rộng tối thiểu của thùngtìm ra trong phần thiết kế thùng dầu ; 6.Lực nén chiều trục cực đại trong các dây quấn: Fg=Ft”-Ft’ Fn=0 Fg=Ft”-Ft’ Ft” Ft’ Ft’ Ft” 1 2 2 Fg=0 Fn=Ft’+Ft” Fg=0 Ft” Ft’ Ft’ Ft” Dây quấn 1 Dây quấn 2 Từ mục trên ta có Ft” > Ft’, nên theo hình 4-11, ta có sơ đồ véctơ lực nén: Ft”- Ft’ = 135449 – 55107 = 80342 N; Ft” + Ft’ = 135449+55107=190556N a b Suy ra lực nén chiều trục cực đại tác dụng lên chính giữa dây quấn HA, tại đó Fn= 190556 N 7.ứng suất nén tác dụng lên các tấm đệm cách điện giữa các bánh dây: Chọn số miếng đệm n = 12 Chiều rộng tấm đệm là 4 cm kích thước miếng đệm : a´b a= a11 = 0,0315 m b= 0,040 m Suy ra ứng suất nén lên các miếng đệm: sn = (MPa) < 18á 20MPa vậy ứng suất này nằm trong giới hạn cho phép. Đ4.Tính toán cuối cùng hệ thống mạch từ và tính toán tham số không tải của máy biến áp I.Tính toán kích thước cụ thể của lõi sắt: 1.Xác định kích thước các tấm lá thép: Chọn kết cấu lõi thép kiểu 3 pha 3 trụ, lá thép xen kẽ làm bằng tôn cán lạnh M4X dày 0,28 mm, có 4 mối nối nghiêng ở 4 góc,3 mối nối thẳng góc , trụ ép bằng đai thuỷ tinh, không có tấm sắt đệm. Gông ép thép góc ép lại. Theo bảng 41b, với trụ có đường kính d = 28 cm tra được: Số bậc của trụ: nt= 8; Hệ số chêm kín : kc = 0,927 Chiều rộng tập lá thép gông ngoài cùng: ag = 155 mm Kích thước các tập lá thép như hình vẽ và trong bảng sau: Thứ tự tập Bềdày (cm) Tiết diện (cm) 1 3,7 27´27 2 2,6 25´25 3 1,7 23´23 4 0,9 21,5´21,5 5 1,1 19,5´19,5 6 0,9 17,5*17,5 7 0,9 13,5*17,5 8 0,7 10,5´17,5 Bảng 3. Lá thép trong trụ. 2.Tổng chiều dày các lá thép của tiết diện trụ hoặc gông: ồbt = (37 + 26 + 17 + 9 +11 +9+13+7) ´2 = 25,8 (mm) Chiều dày gông bằng chiều dày trụ=ồbt=25,8(mm) 3.Toàn bộ tiết diện bậc thang của trụ: Tra bảng 42b) ta có : Sb.t=570,9 cm2. Sb.g=591,1(cm2) 4.Tiết diện tác dụng của trụ sắt: St = kđ.Sb.t = 0,93.570,9 = 530,9 (cm2) Hệ số kđ = 0,93 5.Tiết diện tác dụng của gông; S=0,93.591,1= 549,7 cm2 6.Chiều cao của trụ sắt: lt = l + (lo’ + lo”) = 60,2 + (7,5+7,5) = 75,2 (cm) lo’, lo” – khoảng cách từ dây quấn đến gông trên và gông dưới. Theo bảng 19 TL 1, suy ra: lo’ = lo” = lo2 = 7,5 cm 7.Khoảng cách 2 trụ sắt cạnh nhau: C = D2” + a22 = = 51,1+3 = 54,1 cm Chọn C=54,5 cm 8.Trọng lượng sắt của trụ và gông: D2 lo” lo’ l lt h=d h=d C +)Trọng lượng sắt của một góc mạch từ : Go = 2.kc.g.10-6 (…+) Hình 4.Kích thước cơ bản của trụ =2.0,93.7650.106() = 95 kg trong đó: g = 7650 kg/m3 – tỷ trọng của tôn cán nguội. +)Trọng lượng sắt của gông: Phần thẳng nằm giữa 2 trụ biên: Gg’ = 2.(t-1).C.Sg.g. = 2.(3-1).54,5.549,7.7650. = 916,7 (kg) Phần gông ở các góc biểu thị bằng phạm vi gạch chéo ở hình 4. Gg”= 4.Go/2=2.Go = 2.95 = 190 (kg) Trọng lượng sắt toàn phần của gông là: Gg = Gg’ + Gg” = 916,7+190 = 1106,7 kg +)Trọng lượng sắt của trụ: Gt = Gt’+Gt” (kg) Gt’- trọng lượng sắt của phần trụ ứng với chiều cao cửa sổ mạch từ: Gt’ = t.St.lt.g. =3.530,9.75,2.7650. = 916,2 kg Gt” – trọng lượng sắt của phần trụ nối với gông. Gt” = 3.( St. a1G . gFE.- G0 ) =3.(530,9.27.7650. -95)=43,8(kg) Gt=916,2+43,8=960 kg Tóm lại, trọng lượng sắt toàn bộ của trụ và gông là: GFe = Gt + Gg = 960 + 1106,7= 2066,7 kg II.Tính tổn hao không tải, dòng điện không tải và hiệu suất của máy biến áp: 1.Mật độ từ cảm: Lõi thép làm bằng tôn cán lạnh mã hiệu 3404, dày 0,35mm.Mật độ từ cảm trong trụ sắt và trong gông là: Bt = T Bg = Bt. T Tiết diện khe hở không khí ở mối nối thẳng bằng tiết diện của trụ hoặc gông. Tiết diện khe hở không khí ở mối nối nghiêng bằng: Sk = .St = .530,9 (cm2) = 750,8 (cm2) Bk = Bt/ = 1,633/ = 1,15 T 2.Tra bảng 45 với tôn mã hiệu M4X, dày 0,28 mm, ta được các suất tổn hao sắt tương ứng: với Bt=1,633T ố pt = 1,132w/kg ; ptk = 661 w/m2 với Bg=1,577T ố pg = 1,040w/kg ;pgk = 630 w/m2 với Bk=1,15T ố pk = 265 w/m2 3.Tổn hao không tải: Po= kf1’.pt.[Gt+ Go . kP0/2)+ kf1’. PG .[ Gg-( kn+2). G0+ kP0. G0/2] kf1’: hệ số tổn hao phụ .Tra bảng 48 TL 1 lá tôn có ủ kf1’=1,13 kP0 : hệ số tổn hao phụ ở các góc nối của mạch từ .Tra bảng 46 TL1 kP0=9,36 kn :số lượng góc nối nghiêng kn=4 Po = 1,13.1,132.(960+95.9,36/2)+1,13.1,040(1106,7-6.95+95.9,36/2)=2949,8 (w) Vậy Po= 2949,8 w > [Po] = 2700 w Sai số Po= 100%(2949,8-700)/2700=9,25%<17,5% , đạt yêu cầu. Sai số này hơi lớn .Để hiệu chỉnh công suất không tải ta có thể chọn vật liệu tôn có suất tổn hao thấp hoặc lá tôn mỏng hơn hoặc thay đổi kiểu khe hở không khí 4.Theo bảng 51 TL 1, tìm suất từ hoá: với Bt = 1,633T ố qt = 2,08 VA/kg ; qkt = 22400 VA/m2 =2,24VA/ cm2 với Bg = 1,577T ố qg = 1,25 VA/kg ; qkg = 16200 VA/m2 =1,62 VA/ cm2 với Bk = 1,15T ố qk = 1900 VA/m2 =0,19 VA/ cm2 5.Công suất phản kháng: Qo = {kib.kie.[qt.Gt+qg.(Gg’-N.Go)+.kir.kig.Go]+ ồqk.nk.Tk}.kig.kie.kit Trong đó: qt , qg- Suất từ hoá đối với trụ và gông. Kir – Hệ số kể đến ảnh hưởng do chiều rộng của lá tôn ở các góc mạch từ, tra bảng 52b, được kir = 1,25 kig - Hệ số kể đến ảnh hưởng của các góc nối do sự phối hợp khác nhau về số lượng mối nối thẳng và nghiêng.Tra bảng 53 TL 1 có kig = 42,45 Với tôn cán lạnh M4X ,dày 0,28 mm ,có ủ và công suất đến 1600 KVA lấy : Kib.kic= 1,13 Trang 133 TL 1 Kig.kie.kit = 1,07 Vậy: Qo = {1,13.[2,08.960+1,25.(916,7- 4.95)+.1,25.42,45.95] + }.1,07 (VA) Hay: Qo = 17162 (VA) 6.Dòng không tải: Thành phần tác dụng: ior = % Thành phần phản kháng: iox = % Dòng điện không tải toàn phần io = % Sai số so với iochuẩn=1% là 8% < 15% nên chấp nhận được 7.Hiệu suất của máy biến áp khi tải định mức: h %= (1-).100 = % trong đó: Pđm = .U1I1 = .U2.I2 = 1600000 w Đ5.Tính toán nhiệt của máy biến áp. I.Tính toán nhiệt của dây quấn: 1.Nhiệt độ chênh trong lòng dây quấn hay lõi sắt với mặt ngoài của nó: Dây quấn HA: Do ta đã chọn dây quấn HA là dây quấn có tiết diện hình chữ nhật, nên ta có công thức tính nhiệt độ chênh qo là: qo1 = , oC trong đó: d - Chiều dầy cách điện 1 phía, d = 0,025 cm lcđ - Suất dẫn nhiệt của lớp cách điện của dây dẫn, w/moC Tra bảng 54 : lcđ = 0,0017 (W/cm oC) q1 –Mật độ dòng nhiệt trên bề mặt dây quấn. Với dây quấn đồng thì: qcu1 = w/m2 Với: k- Hệ số che khuất của các chi tiết cách điện đối với bề mặt làm lạnh của dây quấn. Thường k = 0,75. J1 – Mật độ dòng nhiệt trong dây quấn HA. Kf – Hệ số tổn hao phụ tương ứng, đã tính ở chương 4, mục II.1: kf = 1,039 : số vòng dây 1 bánh dây . Với dây xoắn ốc kép lấy =0,5 Suy ra: qo1 = oC Dây quấn CA: Độ chênh nhiệt từ lòng dây ra mặt ngoài : qo2 = ,0C trong đó: lcd = 0,0017 () d2 – Chiều dầy cách điện d2 =0,0025 cm w/(m.oC) kf2 :hệ số tổn hao phụ bên cao áp kf2= 1,01 . kt= 0,75 . qo2 = ,0C 2.Nhiệt độ chênh giữa mặt ngoài dây quấn đối với dầu qod: Dây quấn HA: qod1 = k1. k2. k3 .0,35. q10,6 k1=1,0 đối với làm lạnh bằng dầu k2=1,1 đối với dây quấn HA Tra bảng 13.11 trang 500 TL [2] có k3=0,8 q1 –Mật độ dòng nhiệt của dây quấn HA, q1= 1280 w/m2 qod1 = 1,0.1,1 .0,8.0,35. 12800,6= 22,7 ,0C Dây quấn cao áp: qod2 = k1.k2.k3.0,35.q20,6 = 1,0.1,0.0,95. 0,35.8700,6 = 19,7 oC k1- Hệ số kể đến tốc độ chuyển động của dầu trong dây quấn, khi làm lạnh tự nhiên thì k1 = 1,0 k2 - Hệ số có tính đến trường hợp dây quấn HA nằm trong nên dầu đối lưu khó khăn, k2 = 1,0 k3 - Hệ số có kể đến sự đối lưu khó khăn của dầu do bề rộng tương đối của rãnh dầu ngang gây nên. ta có: hr/a2=0,5/4,2 ằ 0,12. Tra bảng 13.11 TL [2] suy ra: k3 = 0,95 . q2 - Mật độ dòng nhiệt của dây quấn cao áp . q2 = 870 w/(m.oC) 3.Nhiệt độ chênh trung bình của dây quấn đối với dầu: Dây quấn hạ áp: qodtb1 = qo1 + qod1 = 1,9+22,7 = 24,6 oC Dây quấn cao áp: qodtb2 = qo2 + qod2 = 1,3+19,7 = 21 oC 4.Độ tăng nhiệt trung bình giữa dầu và thùng : qdt = 65 - qodtb1 = 65- 24,6 = 40,4 oC 5.Độ tăng nhiệt giả thiết ở mặt trên của dầu : = 1,2. qdt = 1,2 . 40,4 = 48,48 < 55 oC 6.Độ tăng nhiệt của thùng và không khí Độ tăng nhiệt trên vách thùng 5 oC và dự trữ 2 oC nên : =- 5- 2 = 40,4 -5 -2 = 33,4 oC II.Tính toán nhiệt của thùng: 1.Chọn loại thùng: Với máy biến áp thiết kế có công suất 1600kVA , chọn kiểu thùng đáy ô van làm lạnh bằng ống dầu tản nhiệt. 2.Chọn các kích thước tối thiểu của thùng: Hình 5. Dùng để xác định các kích thước của thùng. Với Ut =80(KV) phía cao áp và 5(KV) phía hạ áp ,Ta chọn được: Đường kính dây dẫn ra có bọc cách điện của dây quấn cao áp d1, với cấp điện áp 35kV, chọn d1= 2 cm Kích thước dây dẫn ra không có bọc cách điện (thanh dẫn trần) d2 = 10 á 15mm, chọn d2= 1 cm Khoảng cách từ dây dẫn ra của cuộn cao áp đến cuộn cao áp s1 Chọn s1 =4,2 cm Khoảng cách từ dây dẫn ra của cuộn cao áp đến vách thùng s2 ,lấy s2= 4 cm Khoảng cách từ dây dẫn ra của cuộn hạ áp tới cuộn cao._.