Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu

g trong dây quán thực hiện bằng phương pháp điện. Mặt khác, máy biến áp nó còn có vai trong quan trọng trong nền kinh tế quốc dân như trong công nghiệp, nôn nghiệp, giao thông vận tải, các hệ điều khiển…. ở đây trong đồ án thiết kế máy biến áp ngâm dầu này của em được làm theo trình tự sau: Khái niệm chung về thiết kế máy biến áp Tính toán sơ bộ và chọn các kích thước chủ yếu Tính toán dây quấn máy biến áp Tính toán ngắn mạch Tính toán kết cấu mạch từ Tính toán nhiệt Phần chuyên đề: So sánh công nghệ mới và hiệu quả của nó Trong quá trình thiết kế môn học vì thời gian có hạn và kiến thức còn hạn chế. Nên việc tính toán không khỏi thiếu sót. Mong các thầy, cô cho nhận xét để đồ án này được hoàn thiện hơn. Chương i: Khái niệm chung về thiết kế máy biến áp I.1. Đại cương Máy biến áp điện lực là một bộ phận rất quan trọng trong hệ thống điện. Để truyền tải điện năng từ các trạm phát điện đến các hộ tiêu thụ cần phải có đường dây tải điện. Nếu khoảng cách giữa nơi sản xuất và hộ tiêu thụ lớn thì một vấn đề rất lớn đặt ra và cần được giải quyết là: Việc truyền tải điện năng đi xa làm sao cho kinh tế. Máy phát điện Tăng áp Giảm áp Như ta đã biết, cùng một công suất truyền tải trên đường dây nếu điện áp được tăng cao thì dòng điện chạy trên đường dây sẽ giảm xuống, như vậy có thể làm tiết diện dây nhỏ đi do đó trọng lượng và chi phí dây sẽ giảm xuống. Vì thế muốn truyền tải công suất lớn đi xa ít tổn hao và tiết kiệm được kim loại màu trên đường dây người ta phải dùng điện áp cao đường 35, 110, 220 và 500KV. Trên thực tế các máy phát điện không có khả năng phát ra những điện áp cao như vậy thường chỉ 3 đến 21KV là cùng, do đó cần phải có thiết bị để tăng áp ở đầu đường dây lên. Mặt khác các hộ tiêu thụ thường yêu cầu điện áp thấp từ 0,4 đến 6KV do đó tới đây phải có thiết bị giảm điện áp xuống. Những thiết bị dùng để tăng áp ở đầu ra của máy phát tức là ở đầu đường dây dẫn điện và giảm điện áp tới hộ tiêu thụ tức là cuối đường dây dẫn được gọi là máy biến áp. Thực ra trong hệ thống điện lực muốn truyền tải và phân phối công suất từ nhà máy điện đến tận các hộ tiêu thụ một cách hợp lý thường phải qua 4 – 5 tầng tăng giảm điện áp như vậy. Do đó tổng công suất của máy biến áp trong hệ thống điện lực thường gấp 4 – 5 lần công suất của trạm phát điện. Những máy biến áp (MBA) dùng trong hệ thống điện lực gọi là máy biến áp điện lực hay máy biến áp công suất. Từ đó ta thấy rõ máy biến áp chỉ làm nhiệm vụ truyền tải hoặc phân phối năng lượng chứ không phải là biến hoá năng lượng. Ngoài máy biến áp điện lực còn có nhiều loại máy biến áp dùng trong các ngành chuyên môn như máy biến áp chuyên dùng cho các lò điện luyện kim, máy biến áp hàn điện, máy biến áp dùng trong thiết bị chỉnh lưu, máy biến áp dùng cho đo lường, thí nghiệm… Khuynh hướng phát triển của máy biến áp hiện nay là thiết kế chế toạ những máy biến áp có dung lượng thật lớn, điện áp thật cao, dùng nguyên liệu mới để giảm trọng lượng và kích thước máy. Về vật liệu hiện nay đã dùng loại thép cán lạnh không những có từ tính tốt mà tổn hao sắt lịa ít do đó nâng cao được hiệu suất của máy biến áp. Khuynh hướng dùng dây nhôm thay dây đồng vừa tiết kiệm được dây đồng vừa giảm được trọng lượng máy cũng đang phát triển. ở nước ta ngành chế tạo máy biến áp đã ra đời ngay từ ngày hoà bình lập lại. Đến nay chúng ta đã sản xuất được một khối lượng máy biến áp khá lớn và nhiều chủng loại khác nhau phục vụ cho nhiều ngành sản xuất ở trong nước và xuất khẩu. I.2. Định nghĩa và nguyên lý làm việc. Ta xét máy biến áp một pha hai dây quấn. Dây quấn 1 có W1 vòng dây, dây quấn 2 có W2 vòng dây được quấn trên lõi thép 3. Khi đặt một điện áp Ut xoay chiều vào dây quấn 1 trong đó sẽ có dòng điện i1, trong lõi thép sẽ sinh ra từ thông f móc vòng với cả hai dây quấn 1 và 2, cảm ứng ra sức điện động e1 và e2. Dây quấn hai sẽ có sức điện động sẽ sinh ra dòng điện i2 đầu ra. Tải với dòng điện là U2. Như vậy năng lượng của dòng điện xoay chiều đã được truyền từ dây quấn 1 sang dây quấn 2. Giả sử điện áp xoay chiều đặt vào là một hàm số hình sin thì từ thông do nó sinh ra cũng là một hàm hình sin. F = Fmsinwt. Do đó theo định luật cảm ứng điện từ, sức điện động trong dây quấn 1 và 2 sẽ là: Trong đó: 4,44. F. W1. Fm. (3) 4,44. F. W2. Fm. (4) Là giá trị hiệu dụng của các sức điện động dây quấn 1 và 2. Các biểu thức (1) và (2) ta thấy sức điện động trong dây quấn chậm pha so với từ thông sin ra nó một góc . Dựa vào biểu thức (3) và (4) người ta định nghĩa tỉ số biến đổi củ máy biến áp như sau: Nếu không kể điện áp rơi trên dây quấn thì có thể coi E1 = U1; E2 = U2 sauy ra: Định nghĩa: Từ nguyên lý làm việc cơ bản trên ta có định nghĩa máy biến áp như sau: máy biến áp là một thiết bị điện từ đứng yên, làm việc dựa trên nguyên lý cảm ứng điện tử biến đổi một hệ thống dòng điện xoay chiều ở diện áp này thành một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp khác với tần số không thay đổi. Máy biến áp có hai đây quấn gọi là máy biến áp hai dây quấn. Dây nối với nguồn để thu năng lượng gọi là dây quấn sơ cấp, ở máy biến áp 3 dây quấn 6 dây sơ cấp và thứ cấp còn dây quấn thứ 3 với điện áp trung bình. Máy biến áp biến đổi hệ thống xoay chiều 1 pha gọi là máy biến áp một phat, 3 pha gọi là 3 pha, ngâm trong đầu gọi là máy biến áp dầu… I.3. Các đại lượng định mức Các đại lượng định mức của máy biến áp quy định điều kiện kỹ thuật của máy. Các đại lượng này do nhà chế tạo quy định và thường ghi trên nhãn máy biến áp. 1. Dung lượng hay công suất định mức Sđm. Là công suất toàn phần hay biểu kiến đưa ra ở dây quấn thứ cấp của máy biến áp. Đơn vị KVA hay VA… 2. Điện áp sơ cấp định mức: U1đm Là điện áp dây quấn sơ cấp tính bằng V hay KV. Nếu dây quấn sơ cấp có các đầu phân nhánh thì người ta ghi cả điện áp định mức của đầu phân nhánh. 3. Điện áp dây thứ cấp định mức: U3đm Là điện áp dây của dây quấn thứ cấp máy biến áp không tải và điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp là định mức. Đơn vị là: KV, V 4. Dòng điện dây định mức sơ cấp: I1đm và thứ cấp I2đm Là những dòng điện dây của dây quấn sơ cấp và thứ cấp ứng với công suất và điện áp định mức. Đơn vị: A, KA Có thể tính như sau: Đối với máy biến áp ba pha: 5. Tần số định mức: Hz Thường máy biến áp điện lực có tần số công nghiệp f = 50Hz Ngoài ra trên nhãm máy còn ghi những số liệu khác như: số pha, sơ đồ và tổ đấu dây quấn, điện áp ngắn mạch Un% chế độ làm việc ngắn hạn hay dài hạn phương pháp làm lạnh. Sau cùng hiểu rằng khái niệm “định mức” còn bao gồm cả tình trạng làm việc định mức của máy biến áp nữa mà có thể không ghi trên nhãn máy như: h định mức, độ chênh lệch định mức, nhiệt độ định mức của môi trường xung quanh. 1.4. sử dụng vật liệu trong chế tạo Việc tìm kiếm một loại vật liệu mới là nhằm mục đích cải thiện các đặc tính cũ máy biến áp như giảm tổn thao năng lượng, kích thước, trọng lượng, tăng độ tin cậy của nó. Khuynh hướng chung thường thay vật liệu quý hiếm bằng những vật liệu rẻ tiền và dễ tìm kiếm hơn như dùng dây nhôm thay dây đồng trong máy biến áp công suất nhỏ và trung bình là một ví dụ. Vật liệu dùng trong máy biến áp thường là: Vật liệu tác dụng: dùng để dẫn điện như dây quấn, dẫn từ như lõi thép Vật liệu cách điện: dùng để cách điện giữa các cuộn dây hay giữa các cuộn đây với các bộ phận khác bằng các vật liệu như catong, chất cách điện, sứ, dầu biến áp… Vật liệu kết cấu: dùng để giữ bảo vệ máy biến áp như bulong, vỏ máy Việc thay đổi vật liệu dùng đôi khi làm thay đổi quá trình công nghệ quan trọng hay những kết cấu cơ bản của máy biến áp. Cho nên điều đó liên quan chặt chẽ đến tiến bộ của quá trình công nghệ. + Vật liệu quan trọng trước tiên trong ngành chế tạo máy biến áp là tôn Silic hay còn gọi là thép kỹ thuật điện + Vật liêu tác dụng thứ hai là kim loại dây quấn. Trong nhiều năm đồng vẫn là kim loại duy nhất dùng chế tạo dây quấn mà không có thay đổi gì. Vì như ta đã biết đồng có điện trở suất rất nhỏ, dẫn điện tốt, dễ gia công (hàn, quấn) bảo đảm độ bền cơ điện tốt. Gần đây người ta có dùng nhôm thay thế đồng làm dây quấn. Nhôm có ưu điểm là nhẹ, sẵn hơn, rẻ hơn, nhưng tất nhiên có nhược điểm là điện trở suất lớn hơn do đó dẫn điện kém hơn, độ bền cơ cũng kém hơn và lại rất khăn trong việc hàn nối. Khi dùng nhôm thay đồng để đảm bảo được công suất tương đương thì thể tích nhôm tăng lên, giá thành các công việc về chế tạo dây quấn, chi phí về vật liệu cách điện, sơn tẩm…. Tăng lên. Những khoản đó tăng thì được bù lại bởi giá thành nhôm rẻ hơn. Nên nói chung giá thành toàn bộ máy biến áp bằng nhôm và dây đồng thực tế không khác nhau là bao nhiêu. + Vật liệu cách điện phần lớn các máy biến áp dùng dây quấn có cách điện bằng giấy cáp, thuộc cách điện cấp A có nhiệt độ giới hạn cho phép +1500C. Với chiều dày cách điện cả hai phía 0,45 – 0,5mm. Việc dùng dây dẫn có cách điện cao hơn E, B, F… không có ý nghĩa lắm vì nhiệt độ cho phép của dây quấn máy biến áp được quy định không chỉ ở cấp cách điện của vật liệu cách điện mà còn ở nhiệt độ cho phép của dầu ngâm dây quấn nữa. Một loại cách điện hay dùng bọc dây nữa là men cách điện (emay). Song người ta cũng chỉ dùng đến cách điện cấp B mà ít khi dùng dây cách điện cao hơn nữa. Vì một lý do nữa là nhiệt độ cho phép càng cao thì mật độ dòng điện chọn càng lớn thì tổn hao ngắn mạch tăng lên làm cho hiệu suất của máy giảm xuống đáng kể. Để cách điện các bộ phận mang điện với bộ phận không mang điện của máy người ta dùng vật liệu cách điện. Khi máy làm việc do tác động củ nhiệt độ, chấn động và các tác động lý hoá khác cách điện sẽ bị lão hoá nghĩa là mất dần các tính bền về điện và cơ. Thực nghiệm cho biết khi nhiệt độ tăng quá nhiệt độ làm việc cho phép 8 – 100C thì tuổi thọ của vật liệu cách điện khoảng 15 – 20 năm. Vì vậy khi sử dụng máy điện tránh để máy quá tải làm nhiệt độ tăng cao trong một thời gian dài. Vật liệu kết cấu dùng để chế tọ các bộ phận và chi tiết truyền động hoặc kết cấu máy theo dạng cần thếit đảm bảo cho máy làm việc bình thường. Người ta thường dùng gang thép các loại, hợp kim và các vật liệu bằng chất dẻo. 1.5. các kết cấu chính của máy biến áp. Máy biến áp thường dùng các phần chính sau: - Lõi sắt (hay còn gọi là mạch từ) và các kết cấu của nó, dây quấn, hệ thống làm lạnh và vỏ máy. 1. Lõi sắt và kết cấu của nó Lõi thép làm vật liệu dẫn từ cho từ thông trong máy biến áp. Đồng thời làm khung để quấn dây. Lõi sắt gồm các lá thép Silic ghép lại được ép bằng xà ép và bu lông tạo thành khung máy biến áp. Trên đó còn bắt các giá đỡ đầu dây dẫn ra nối với các sức xuyên hoặc các ty để nắp máy… ở các máy biến áp dầu toàn bộ lõi sắt có quấn dây và các dây dẫn ra được ngâm trong thùng đựng dầu máy biến áp gọi là ruột máy. Các máy biến áp cỡ nhỏ, ruột máy gắn với nắp máy có thể nhấc ra khỏi thùng dầu xúc rửa, lắp ráp, sửa chữa. Với máy biến áp công suất 1000KVA trở lên vì ruột máy rất nặng nên được bắt cố định với đáy thùng và lúc lắp ráp sửa chữa thì phải nâng vỏ thùng lên khỏi đáy và ruột máy. Lõi sắt gồm hai 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. 2. Dây quấn. Dây quấn máy biến áp là bộ phận dùng để thu năng lượng vào và truyền tải năng lượng đi. Trong máy biến áp hai dây quấn có cuộn HA nối với lưới điện áp thấp và cuộn CA nối với lưới điện cao hơn. ở máy biến áp có 3 dây quấn ngoài hai dây quấn CA và HA còn có dây quấn thứ 3 với điện áp trung bình gọi la TA. Máy biến áp biến đổi hệ thống xoay chiều một pha gọi là máy biến áp một pha. Máy biến áp biến đổi hệ thống dòng điện xoay chiều 3 pha gọi là máy biến áp 3 pha. Máy biến áp ngâm trong dầu gọi là máy biến áp dầu. Máy biến áp không ngâm trong dầu gọi là máy biến áp khô. 3. Hệ thống làm lạnh và vỏ máy. Khi máy biến áp làm việc, lõi sắt và dây quấn đều có tổn hao năng lượng làm cho máy biến áp nóng lên. Muốn máy biến áp làm việc được lâu dài phải tìm biện pháp giảm nhiệt độ của máy biến áp xuống tức là quá trình làm nguội máy biến áp. Có thể làm nguội bằng không khí tự nhiên hoặc bằng dầu máy biến áp. Máy biến áp dùng không khí để làm nguội gọi là máy biến áp khô, máy biến áp dùng dầu để làm nguội gọi là máy biến áp dầu. Hầu hết máy biến áp làm nguội bằng dầu bao quanh lõi thép và dây quấn sẽ nóng lên và truyền nhiệt ra ngoài vách thùng nhờ hiện tượng đối lưu. Nhiệt lượng từ vách thùng lại truyền ra không khí xung quanh bằng phương pháp đối lưu và bức xạ. Nhờ vậy mà hiệu ứng làm lạnh được tăng lên cho phép tăng tải điện từ đối với thép và dây quấn, tăng được công suất máy biến áp. Máy biến áp có công suất từ (10 – 16).103 KVA thường phải tăng cường làm nguội bằng sự đối lưu cưỡng bức bằng quạt gió. Để đảm bảo dầu trong máy luôn luôn đầy trong quá trình làm việc trên máy biến áp có 1 thùng dầu phụ hình trụ thường đặt nằm ngang với bình đầu chính bằng ống dẫn dầu. Tuỳ theo nhiệt độ của máy biến áp mà dầu giãn nở tự do trong bình dầu phụ, không ảnh hưởng đến lượng dầu máy biến áp. Vì vậy bình dầu phụ còn được gọi là bình dầu giãn nở. Trên nắp thùng còn các sứ để bắt các đầu dây dẫn ra nối với các dây quấn trong máy biến áp với lưới điện thiết bị đổi nói để chỉnh áp, thiết bị đo nhiệt độ biến áp, móc treo… mặt khác dầu máy biến áp ngoài tác dụng làm lạnh con người là một chất cách điện tốt, nhưng nhược điểm là dầu máy biến áp đồng thời cũng là vật liệu dễ cháy nên sinh ra hoả hoạn. Vì vậy trong nhiều trường hợp phải có thiết bị và biện pháp chống cháy thích hợp. 1.6. mục đích yêu cầu và nhiệm vụ. Để đảm bảo vê tính toán hợp lý tốn ít thời gian việc thiết kế máy biến áp sẽ lần lượt tiến hành theo thứ tự. 1. Xác định các đại lượng cơ bản. Tính dòng điện pha, điện áp pha của dây quấn Xác định điện áp thử của các dây quấn Xác định các thành phần của được ngắn mạch 2. Tính toán các kích thước chủ yếu. Chọn sơ đồ và kết cấu lõi sắt Chọn loại và mã hiệu tôn silic cách điện của chúng. Chọn cường độ từ cảm lõi sắt Chọn kết cấu và xác định các khoảng cách điện chút củ cuộn dây Tính toán sơ bộ máy biến áp chọn quan hệ của kích thước chủ yếu b theo trị số i0, P0, On, Pn đã cho. Xác định đường kính trụ, chiều cao dây quấn. Tính toán sơ bộ lõi sắt 3. Tính toán dây quấn CA và HA Chọn dây quấn CA và HA Tính cuộn dây HA Tính cuộn dây CA 4. Tính toán ngắn mạch. Xác định tổn hao ngắn mạch Tính toán điện áp ngắn mạch Tính lực cơ bản của dây quấn khi máy biến áp bị ngắn mạch 5. Tính toán cuối cùng về hệ thống mạch từ và tham số không tải của máy biến áp. Xác định kích thước cụ thể của lõi sắt Xác định tổn hao không tải Xác định dòng điện không tải và hiệu suất 6. Tính toán nhiệt và hệ thống làm nguội máy biến áp. Quá trình truyền nhiệt trong máy biến áp Khái niệm hệ thống làm nguội máy biến áp Tiêu chuẩn về nhiệt độ chênh Tính toán nhiệt máy biến áp Tính toán gần đúng trọng lượng và thể tích bộ gián dầu 7. Tính toán và lựa chọn một số chỉ tiêu kết cấu. Phần này có trình bày cách tính và chọn một số chi tiết kết cấu quan trọng như bulong ép gông và một số đai ép trục, gông, vách nắp đáy thùng, bình dầu giãn nở, bộ phận tản nhiệt…. Chương ii: Tính toán các kích thước chủ yếu. Ii.1. xác định các đại lượng cơ bản 1. Dung lượng một pha = 133,333 [KVA] 2. Dung lượng trên mỗi trụ = 133,333 [KVA] 3. Dòng điện dây định mức. + Đối với phía cao áp. 10, 5 [A] + Đối với phía hạ áp. 57,35 [A] 4. Dòng điện pha định mức. Vì dây quấn nối D/Y0-11 nên = 6,062 (A) = 577,35 (A) 5. Điện áp pha định mức. + Đối với phía CA: U2f = U2 = 22.000 (V) + Đối với phía HA: = 230,9 (V) 6. Điện áp thử nghiệm của các dây quấn Theo bảng (2) ta tra được: Ut2 = 55 [KV] Ut1 = 5 [KV] ii.2. chọn các số liệu xuất phát và tính các kích thước chủ yếu. 7. Chiều rộng quy đổi của rãnh từ tản giữa dây quấn CA và HA Với Ut2 = 55[KV] theo bảng 19 TKMBA thầy Phan Tử Thụ ta tra: a12 = 18 (mm): khoảng cách giữa cuộn CA và HA d12 = 5 (mm): ống cách điện giữa cuộn CA và HA d2 = 30 (mm): chiều dài đầu thừa a22 = 18 (mm): khoảng giữa cuộn CA và CA d22 =3(mm): trụ và dây quấn HA lo2 = 45 (mm): khoảng cách giữa dây quấn CA đến gông. 8. Các hằng số tính toán a, b có thể lấy gần đúng Theo bảng 13, 14 của thầy Phan Tử Thụ ta tra được: a = 1,38 b = 0,34 9. Hệ số Kf = 0,93 (theo bảng 15): là hệ số tính đến tổn hao phụ trong dây quấn. 10. Hệ số ar đối với một dãy công suất và diện rộng: Nói chung thay đổi rất ít. Trong đó: Với K = 0,52 (theo bảng 12) Vậy: =0,0177 (m) ị ar = 0,018 + 0,0177 = 0,0357 (m) 11. Hệ số quy đổi từ trường tản lấy: Kr = 0,95 12. Các thành phần điện áp ngắn mạch. 13. Ta chọn tôn cán lạnh mã hiệu 3405 có chiều dày 0,30 mm Theo bảng 11 Phan Tử Thụ ta có: Bt = 1,62T Hệ số gang: Kg = 1,015 (theo bảng 6 Phan Tử Thụ) ép trụ bằng nêm với dây quấn, ép gông bằng xà ép, không dùng bulong xuyên qua trụ và gông. Sử dụng lõi thép có 4 nối ghép nghiêng ở 4 góc của lõi, còn 2 nói ghép ở giữa dùng nối ghép thẳng lá tôn. Làm như vậy để giảm bớt tổn hao do tính dẫn từ không đẳng hướng. Phương pháp ghép hiện đại nhất hiện nay là ghép chéo góc cho tỏn thao trong mạch từ nhỏ nhấ. Kết cấu mạch từ kiểu không gian như trên rất tiện cho sản xuất hàng loạt và công tác sửa chữa vì rất dễ cơ khí hoá, tự động hoa và dễ tháo dỡ, lắp ráp. Theo bảng 4 Phan Tử Thụ ta chọn số bậc thang trong trụ là 6, số bậc thang của gông lấy bằng 5 bậc. Hệ số chêm kích Kc = 0,931 (theo bảng 4 Phan Tử Thụ): không có tấm sắt ép trụ Hệ số điền dầy Kd = 0,92 (theo bảng 10 Phan Tử Thụ): không phủ hai lượt sơn cách điện Vậy hệ số lợi dụng: Kld = Kc. Kd = 0,913. 0,92 = 0,839 Từ cảm trong gông: Từ cảm ở khe hở không khí mối nối thẳng B”K = Bt = 1,62 (T) Mối nối nghiêng: Suất tổn hao của thép trong trụ và gông Theo bảng 45 Phan Tử Thụ: Pt = 1,194 (W/kg) Pg = 1,150 (W/kg) Theo bảng 50 Phan Tử Thụ: Suất từ hoá trong trụ và gông qt = 1,645 (VA/kg) qg = 1,526 (VA/kg) Suất từ hoá ở khe hở không khí. - Mối nối thẳng: P”K = 20480 (VA/m2) - Mối nối nghiêng: P’K = 2800 (VA/m2) 14. Đường kính trụ của máy. d = A. x Trong đó: A là hằng số x = A = 0,163 a. Trọng lượng sắt (GFe): GFe = GT + Gg - Trọng lượng trụ: + A1 = 5,663.104. Kld. A3. a = 5,663.104. 0,839. 0,1633. 1,38 A1 = 283,95 (Kg) + A2 = 3,605.104. Kld. A3. Lo2 = 3,605.104. 0,839. 0,1632. 0,45 A1 = 36,16 (Kg) Vậy: - Trọng lượng của gông: Gg = B1x3 + B2x2 + B1 = 2,4. 104. Kld. Kg. A3 (a + b + e) Trong đó e = 0,405: là hệ số quy đổi một nửa tiết diện hình bậc thang về hình chữ nhật. B1 = 2,4. 104. 0,839. 1,015. 0,1633. (1,38 + 0,34 + 0,405) B1 = 188,08 (Kg) + B2 = 2,4. 104. Kld. Kg. A3 (a11 +a22) B1 = 2,4. 104. 0,839. 1,015. 0,1633. (0,018 + 0,018) = 19,54 (Kg) Vậy: Gg = 188,08x3 + 19,54 x2 b. Trọng lượng dây quấn: Vì f = 50Hz nên ta có Trong đó: KdqCu = 2,46.10-2 a = 1,38 Unr = 1,375% Bt = 1,62 T Vậy: Vậy: 5. Tính tổn hao - Tổn hao không tải máy biến áp. Trong đó: Kpt = 1,13: là hệ số tổn hao phụ Pt = 1,194 (W/kg) Pg = 1,150 (W/kg) Kp0 = 10,64 (theo bảng 47 Phan Tử Thụ): là hệ số kể đến tổn hao phụ ở góc nối mạch từ Thay vào: P0 = 244,40x2 + 74,17x2 + 6,28G0. Mặt khác : Trọng lượng một “góc” của lõi Vậy P0 = 356,93x3 + 74,17x2 + - Công suất từ hoá có thể tính sơ bộ (theo 5-31) Phan Tử Thụ với các hệ số tra ở bảng 50, 53. Trong đó: Kio = 42,45: là hệ số gia tăng dòng điện do công suất từ hoá tăng lên (theo bảng 53 Phan Tử Thụ) nK : Số khe hở không khí trong lõi thép Kig = Kn. : Hệ số chung làm tăng công suất từ hoá ở gông Kn = 4: hệ số biểu thị số lượng góc nối có dạng nối nghiêng Kt = 2: hệ số biểu thị số lượng góc nối có dạng nối thẳng (theo bảng 52a Phan Tử Thụ) ị Kig = 4,43 + 2.11 = 39,2 Kir = 1,18 (theo bảng 52b Phan Tử Thụ): là hệ số kể đến ảnh hưởng do chiều rộng lá tôn ở góc mạch từ. Q0 = 1,2. 1,06. 1,645.(GT + 0,5. 42,45 G0) + 1,2. 1,06. 1,526 (Gg – 6Gg + 0,5. 1,18. 39,2G0) + 1,06. 2800. 4. T’K + 1,06. 20480. 2T’’K Q0 = 2,092 GT + 44,40G0 + 1,94Gg + 44,89G0 – 11,6G0 + 11872T’K + 43417 K’’K Mặt khác tiết diện trụ tính sơ bộ theo 2-28 Phan Tử Thụ Tt = 0,785. Kld. A3. X2 = 0,785. 0,839. 0,1632. X2 = 0,0174x2 Diện tích khe hở ở mối nối thẳng Diện tích khe hở mối nối nghiêng Thay vào sau khi biến đổi ta được. Q0 = 1757,26x3 + 1161,062 + - Giá thành vật liệu tác dụng: Trong đó: Vậy: 16. Thành phần phản kháng của dòng điện không tải iox = 0,44.x3 + 0,29 x2 + 17. Mật độ dòng điện trong dây quấn. Trong đó: KCu = 2,4. 10-12 Pn = 5500 (W) b 1,2 1,8 1,87 1,88 1,89 2,4 3,0 3,6 1,048 1,16 1,167 1,17 1,172 1,245 1,32 1,38 1,096 1,344 1,161 1,368 1,374 1,55 1,734 1,90 1,148 1,56 1,588 1,60 1,61 1,93 2,29 2,62 310,57 293,36 292,52 292,15 291,95 284,12 277,81 274,46 Gg = 188,08x2 + 19,54x2 237,32 319,66 325,26 327,65 329,64 393,27 464,58 529,88 547,89 613,02 617,78 619,8 621,59 677,39 742,39 804,34 856,60 986,75 996,02 999,99 1003,43 111,54 1226,20 135,68 Tt = 0,0174x2 0,0190 0,0233 0,0236 0,0238 0,0239 0,0269 0,030 0,033 3856,66 4813,86 4879,73 4907,64 4931,31 5668,27 6487,40 7240,47 0,964% 1,203% 1,2199% 1,227% 1,233% 1,417% 1,621% 1,801% D = 2,67x. 106 (A/m2) 2,79.106 3,096106 3,115106 3,124106 3,129106 3,324106 3,524106 3,684106 272,4 222,14 219,36 218,29 217,29 192,61 172,17 157,13 d=A.x = 0,163.x 0,1708 0,1890 0,1902 0,1907 0,191 0,2029 0,2151 0,2249 d12 = a. d = 1,38.d 0,2357 0,2608 0,2624 0,2631 0,2635 0,2800 0,2968 0,3103 C = d12 + a12 + a22 0,3297 0,3608 0,363 0,3639 0,3644 0,384 0,4058 0,4223 1084,97 1050,99 1050,28 1050,09 1050 1057,15 1081,85 1114,15 18. Chọn hệ số hình dàng b Trị số b thường biến thiên trong 1 phạm vi rất rộng từ 1,2 đến 3,6. Bằng phương pháp tính toán sơ bộ gần đúng máy biến áp, ta tìm sao cho Ctd đạt giá trị nhỏ nhất, nhưng phải thoả mãn điều kiện: i0 Ê 1,5% (theo đb) P0 Ê 1000 W(theo đb) D Ê 4,5.106 (A/m2) dr Ê 25 MN/m2 Dựa vào bảng tính toán ta tìm được. b = 1,88 đ x = 1,17; x2 = 1,368; x3 = 1,60 Khi đó: P0 = 999,99 (W) Ê 1000 (W) i0 =1,227% (thoả mãn) D = 3,124.106 (A/m2) < 4,5.106 (A/m2) CTd = 1050,09 19. ứng suất kéo Trong đó: Kt = 0,93 Pn = 5500 Kr = 0,95 a = 1,38 A = 0,163 Mà: Un = 4% (theo đb) Unx = 3,75% Unr = 1,375% Do đó: Vậy dr = 0,244 . 10-6. (46,41)2 . 0,93 . 0,95 . = 18,16 (MN/m2) 20. Đường kính trụ sắt d = A. x = 0,163. 1,17 = 0,19071 (m) Theo tiêu chuẩn quốc tế quy định thì đường kính trụ sắt của máy sẽ là: dđm = 0,20 (m) 21. Tính trị số b tối ưu Vậy x = 1,224; x2 = 1,498; x3 = 1,83 - Trọng lượng dây quấn - Trọng lượng của lõi GFe = 559,59 (Kg) - Dòng điện không tải i0 = 0,44x3 + 0,29x2 + 0,15/x = 1,361% 22. Đường kính trung bình của rãnh giữa d12 = a. dđm = 1,38. 0,2 = 0,276 (m) 23. Tiết diện hữu hiệu của trụ sắt Tt = Kd. Tb Trong đó: Kd = 0,92 Tb = 288,4 (cm2) = 0,02884 (m2) theo 42b Vậy: Tt = 0,92. 0,02884 = 0,0265 (m) 24. Chiều cao sơ bộ của dây quấn chương iii: tính toán dây quấn máy biến áp III.1. các yêu cầu chung Có thể chia làm hai loại 1.Yêu cầu vận hành: Gồm điện cơ và nhiệt a. Yêu cầu về điện Khi vận hành thường dây quấn máy biến áp 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 chủ yếu do cách điện chính của máy biến áp, tức là cách điện dây quấn với nhau và giữa dây quấn với vỏ. Còn quá điện áp do sét đánh thường lên đường dây thường ảnh hưởng đến cách điện dọc của máy biến áp. Tức là giữa các vòng dây rời dây hay giữa các bánh dây của từng 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 cao quá vì lúc đó chất cách điện sẽ bị nóng mất tính đàn hồi, hoá dồn và mất tính 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 vật liệu và nhân công, thời gian chế tạo ngắn giá thành hạ nhưng 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 hạ. + Phải chủ yếu đến kết cấu và 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 tình thiết kế của ds có thể tiến hành theo 3 bước Chọn kiểu và kết cấu dây quấn. Tính toán sắp xếp và bố trí dây quấn Tính toán tính năng của máy biến áp 3. Các kiểu dây quấn máy biến áp. Theo cách quấn dây ta có thể chia dây quấn máy biến áp ra làm các kiểu chính sau đây: Dây quấn hình ống dây dẫn chữ nhật; Dây quấn hình ống dây dẫn tròn; Dây quấn hình xoắn; Dây quấn hình ốc liên tục Người ta còn có thể phân biệt ra loại dây quấn một mạch (đơn) hay hai mạch (kép), có hoán vị hay không hoán vị,… a. Dây quấn hình ốngdây dẫn chữ nhật Loại dây này quấn dùng dây tiết diện chữ nhật quấn thành hình trụ. Nếu dòng điện lớn quá thì ghép nhiều sợi sốngng. Lúc đó tốt nhất là dùng các sợi cùng kích thước ghép kề nhau theo hướng trục, không nên ghép kề theo hướng kính để cho từ thông tản trong các sợi dây giống nhau và như vậy tổn hao về dòng điện xoáy trong chúng sẽ giống nhau và về mặt cơ khí ghép hướng trục cũng tốt hơn. Mặt khác dùng một cỡ dây sẽ đỡ phức tạp cho việc đặt hàng. Nếu phải dùgn dây có tiết diện khác nhau thì phải có một bề kề nhau bằng nhau để ghép (hình 3-19). Nói chung dây quán nẹp (theo cạnh lớn) sợi dây (hình3-20a), không nên quấn gân dựng (theo cạnh nhỏ) sợi dây (hình 3-20b) vì sẽ khó quấn hơn mà cũng làm cho các sợi dây dễ bị nghiêng đi (hình 3-20c); tổn hao phụ do dòng điện xoáy tăng lên, tản nhiệt lại kém. Có thể dùng cách quấn dựng khi tỷ lệ các cạnh của sợi dây ở trong phạm vi tỷ lệ sau: 1,3 < a/b < 3,0. Hình 3-20: Các phương pháp quấn dây a) quấn nẹp sợi; b) quấn gân dựng sợi dây; c) quấn gân dựng nhưng không đạt yêu cầu Hình 3-21: Dây quấn hình ống, a) ống đơn 6 vòng; b) ống kép 12 vòng Nếu quấn một lớp ta có kiểu dây quấn hình ống một lớp hay còn gọi là ống đơn (hình 3-12a). Nếu quấn hai lớp ta có kiểu hình ống kép (hình 3-12b). Kểu hình ống kép thì hai lớp nối tiếp với nhau (quấn lớp trong từ trên xuống sau đó lớp ngoài quấn ngược từ dưới lên như ở hiình 3-21b). Như vậy đầu dâylớp trong và đuôi lớp ngoài có điện áp bằng điện áp pha của dây quấn. Nếu Uđm dưới 100V thì cách điện giữa hai lớp rất đơn giản, hoặc dùng một rãnh dầu rộng 4 – 8 mm hoặc dùng một ống giấy cách điện là đủ. Nếu điện áp từ 3 đến 6kV thì phải làm rãnh dầu có bìa cách điện ở giữa dày 2mm. Nếu U > 6000V thì cách điện sẽ khó khăn hơn do đó không dùng kiểu dây quấn này cho các máy biến áp công suất từ 25 đến 630 kVA. Để có rãnh dầu thường dùng que nên cách điện bằng gỗ. Không nên làm nhiều que nêm quá vì dầu sẽ khó lưu thông, cũng không nên ít quá vì ống dây dễ bị biến dạng thành hình đa giác. Khoảng cách giữa các que nêm thường vào khoảng 150 – 120mm Kiểu dây quấn hình ống đơn có nhược điểm là hai đầu không có gì giữ chặt nên dễ bị tung ra do đó thường chỉ dùng trong các máy biến áp nhỏ, công suất mỗi trụ từ 3 đến 10kVA. Dây quấn hình ống kép ổn định về cơ khí hơn và nói chung chế tạo cũng đơn giản nên được dùng phổ biến trong các máy biến áp công suất từ 630 kVA trở xuống điện áp dưới 6kV. Trong máy biến áp thì dây quấn hình ống đơn và kép chủ yếu làm cuộn HA. Gần đây người ta đã nghiên cứu và sử dụng có kết quả loại dây quấn nhiều ống nhiều lớp dây chữ nhật cho cả cuộn dây CA. Kết cấu của loại dây quấn này chỉ khác với dây quấn hình ống đơn giản trên là ở chỗ nó gồm nhiều lớp và các sợi dây quấn này cũng không dùng kiểu quấn dựng các sợi dây quấn. Chiều quấn dây ở các lớp cũng khác nhau, thường các lớp lể quấn theo một chiều, các lớp chẵn quấn theo chiều khác. Giữa các lớp có lót vài lớp giấy cáp làm cách điện lớp và đề phòng phóng điện giữa các lớp, cách điện lớp phải cao hơn dây quấn 30-50mm. Mỗi lớp ở phía trên và dưới vẫn phải có những vành đệm phụ bằng cacton cách điện buộc chặt vào các vòng trên và dưới của dây quấn (hình 3-22). Việc lót cách điện như vậy là rất cần thiết vì loại dây quấn này điện áp giữ vòng đầu của bất kỳ một lớp nào với vòng cuối cùng của lớp tiếp theo cũng chính là điện áp giữa hai lớp có thể đạt đến 5000 đến 6000V, nếu điện áp làm việc của dây quấn là 35kV. Hình 3-22: Dây quấn ống nhiều lớp dây chữ nhật 1. Cách điện bằng giấy cáp; 2. Vành đệm phụ bằng cacton cách điện; 3. Nên dọc tạo rãnh làm lạnh Để tăng bề mặt làm lạnh lớp dây quấn, thường toàn bộ dây quấn được làm một vài rãnh dọc trục giữa các lớp. Chiều rộng rãnh thường vào khoảng 1/100 chiều cao của dây quấn. Dây quấn hình óng nhiều lớp tiết diện dây chữ nhật thường được làm dây quấn cao áp CA cho các máy biến áp dung lwongj từ 630 đến 40000 – 80000 kVA, điện áp 10 và 35 kV. Kiểu dây quấn này ngày càng được sử dụng rộng rãi vì độ bền cơ học của nó khi ngắn mạch khá bảo đảm do kết cấu dây quấn gọn chặt. Mặt khác nó còn cơ ưu điểm nữa là lấp đầy cửa sổ mạch từ tốt hơn các dây quấn khác. Rãnh dầu làm lạnh dọc trục cũng có hiệu quả truyền nhiệt tốt hơn các loại dây quấn có rãnh dầu hướng kính. Độ bền về điện khi có quá điện áp cũng tốt hơn các loại dây quấn kiểu bánh dây. Tuy nhiên nhiều loại dây quấn này có nhược điểm cơ bản là bề mặt làm lạnh bị giảm đi nhiều so với loại dây quấn bánh dây. Hình 3-23: Dây quấn hình ống nhiều lớp làm bằng các tấm nhôm. 1- Tấm nhôm mỏng; 2- Cách điện lớp bằng giấy; 3- Đệm đầu dây quấn bằng bìa cách điện Một biến thế mới của dây quấn hình ống nữa là dây quấn bằng các tấm nhôm hay đồng mỏng không bọc cách điện hay được dùng trong các máy biến áp đến 1000kVA, điện áp HA dưới 1kV. Hình 3-23 là một ví tụ về dây quấn hình ống nhiều lớp quấn từ các tấm nhôm. Mỗi lớp là một vòng, chiều rộng của tấm nhôm bằng chiều cao của dây quấn. Cách điện giữa các vòng dây thường là một hai lớp giấy tụ điện, giấy điện thoại hay giấy cáp cao hơn tấm dây quấn 16 đến 24 mm. Dây quấn kiểu này có ư._.