Đồ án Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 1 LỜI NÓI ĐẦU Máy điện là một loại hệ điện từ gồm có mạch từ và mạch điện liên quan với nhau. Mạch từ gồm các bộ phận dẫn từ và khe hở không khí. Mạch điện gồm hai hoặc nhiều dây quấn có thể chuyển động tương đối với nhau cùng bộ phận mang chúng. Máy biến áp là một hệ thống biến đổi cảm ứng điện từ dùng để biến đổi dòng điện xoay chiều từ điện áp này thành dòng điện xoay chiều có điện áp khác. Các dây quấn và mạch từ của nó đứng yên và quá trình biến đổi từ trường để sinh ra sức điện động cảm ứng 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: ƒ Khái niệm chung về thiết kế máy biến áp ƒ Tính toán sơ bộ và chọn các kích thước chủ yếu ƒ Tính toán dây quấn máy biến áp ƒ Tính toán ngắn mạch ƒ Tính toán kết cấu mạch từ ƒ Tính toán nhiệt ƒ 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 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 2 cho nhận xét để đồ án này được hoàn thiện hơn. Em xin cảm ơn thầy Nguyễn Đức Sỹ đã tận tình giúp đỡ, tạo điều kiện cho em để hoàn thành tốt đồ án này và hoc em được học hỏi nhiều vấn đề về máy biến áp trong thời gian khai thác. Xin chân thành cảm ơn Hà Nội, ngày tháng năm 2004 Người thiết kế Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 3 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. 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 Máy phát điện Tăng áp Giảm áp Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 4 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 Đồ điệ thé sức điệ chi thô 1 v án tốt nghiệ n áp Ut xo p sẽ sinh r điện độn n i2 đầu ra Tải vớ ều đã đượ Giả sử ng do nó s Do đó à 2 sẽ là: p ay chiều v a từ thông g e1 và e2 . i dòng điệ c truyền từ điện áp inh ra cũn theo định ào dây qu φ móc vò . Dây quấn n là U2. N dây quấn xoay chiều g là một h luật cảm ứ Th ấn 1 trong ng với cả hai sẽ có hư vậy n 1 sang dâ đặt vào àm hình si ng điện từ iết kế máy b đó sẽ có hai dây qu sức điện ăng lượng y quấn 2. là một hà n. Φ = Φm , sức điện iến áp 400k dòng điện ấn 1 và 2, động sẽ s của dòng m số hìn sinωt. động tron VA ngâm d i1, trong lõ cảm ứng r inh ra dòn điện xoa h sin thì t g dây quấ ầu i a g y ừ n Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 6 ( ) 1 1 1 1 m 1 d d .sin t e W . W . dt dt W . . .cos t 1 2E .sin 2 Φ Φ ω= − = − = − ωΦ ω π⎛ ⎞= ω −⎜ ⎟⎝ ⎠ ( ) m 2 2 2 2 m 2 d .sin td e W . W . dt dt W . . .cos t 2 2E .sin 2 Φ ωΦ= − = − = − ωΦ ω π⎛ ⎞= ω −⎜ ⎟⎝ ⎠ Trong đó: 1 mi E E 2 ω φ= = 4,44. F. W1. Φm. (3) 2 m2 E E 2 ω φ= =4,44. F. W2. Φm. (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 2 π . Dựa vào biểu thức (3) và (4) người ta định nghĩa tỉ số biến đổi củ máy biến áp như sau: 1 1 2 2 E W K E W = ≈ Nếu không kể điện áp rơi trên dây quấn thì có thể coi E1 = U1; E2 = U2 sauy ra: 1 1 2 2 E U K E U = ≈ Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 7 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 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 8 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: ®m ®m1®m 2®m 1®m 2®m S S I ; I ; U U = = Đối với máy biến áp ba pha: ®m ®m1®m 2®m 1®m 2®m S S I ; I ; 3.U 3.U = = 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: η 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: Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 9 − 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 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 10 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 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 11 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 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 12 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 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 13 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 β 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 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 14 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 ' ®mf S 400 S m 3 = = = 133,333 [KVA] 2. Dung lượng trên mỗi trụ ' ®mt S 400 S t 3 = = = 133,333 [KVA] 3. Dòng điện dây định mức. + Đối với phía cao áp. 3 ®m 2®m 3 2 S 400.10 I 3.U 3.22.20 = = =10, 5 [A] + Đối với phía hạ áp. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 15 3 ®m 1®m 3 1 S 400.10 I 3.U 3.0,4.20 = = 57,35 [A] 4. Dòng điện pha định mức. Vì dây quấn nối Δ/Y0-11 nên 22f I 10,5 I 3 3 = = = 6,062 (A) 1f 1I I= = 577,35 (A) 5. Điện áp pha định mức. + Đối với phía CA: U2f = U2 = 22.000 (V) + Đối với phía HA: 3 1 1f U 0,4.10 U 3 3 = = = 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 δ12 = 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 δ22 =3(mm): trụ và dây quấn HA lo2 = 45 (mm): khoảng cách giữa dây quấn CA đến gông. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 16 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. 1 2r 12 a a a a 3 += + Trong đó: 241 2a a K. S '.10 3 −+ = Với K = 0,52 (theo bảng 12) Vậy: 21 2 4a a 0,52. 133,333.10 3 −+ = =0,0177 (m) ⇒ 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. nnr P 5500 U % 1,37% 10.S" 10.400 = = = 2 2 2 2nx n nrU % U % U % 40 1,375 3,756%= − = − = 13. Ta chọn tôn cán lạnh mã hiệu 3405 có chiều dày 0,30 mm Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 17 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 5 21 1 43 Líp 1 Líp 2 3 4 1 2 1 5 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 18 Vậy hệ số lợi dụng: Kld = Kc. Kd = 0,913. 0,92 = 0,839 Từ cảm trong gông: ( )tg g B 1,62 B 1496 T K 1,015 = = = Từ cảm ở khe hở không khí mối nối thẳng B”K = Bt = 1,62 (T) Mối nối nghiêng: ( )' tK B 1,62B 1,145 T 2 2 = = = 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 = 4 β Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 19 r r 44 2 2 nx t ld S '.K .a 133,333.0,95.0,0357 A 0,507. 0,507. f.U .B .K 50.3,756.1,62 .0,839 = = A = 0,163 a. Trọng lượng sắt (GFe): GFe = GT + Gg - Trọng lượng trụ: 21T 2 A G A x x = + + 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: 2T 283,95 G 36,16x x = + - 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 2 2Fe 283,95 G 188,08x 55,7x x = + + b. Trọng lượng dây quấn: 1dq 2 C G x = Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 20 Vì f = 50Hz nên ta có 2 ®m 1 dqCu 2 2 2 ldt t nr S .a C K . K .K .B .U .A = Trong đó: KdqCu = 2,46.10-2 a = 1,38 Unr = 1,375% Bt = 1,62 T Vậy: ( )221 2 2 2400.1,38C 2,46.10 . 298,56 Kg0,93.0,839 .1,62 .1,375.0,163−= = Vậy: dq 2 298,56 G x = 5. Tính tổn hao - Tổn hao không tải máy biến áp. ( ) ( )0 00 pt t t 0 pt g g 0 0KP KPP K .P G G K .P G N 2 G G W2 2⎛ ⎞ ⎛ ⎞= + + − + +⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠ 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: Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 21 2 0 0 2 2 0 0 283,95 P 1,13.1,194 36,16x 0,5.10,64G x 1,13.1,150 188,08x 19,54x 0,5.10,64G 6G ⎡ ⎤= + +⎢ ⎥⎣ ⎦ ⎡ ⎤+ + + −⎣ ⎦ P0 = 244,40x2 + 74,17x2 + 6,28G0. 383,11 x Mặt khác 4 3 30 ldG 0,486.10 .K .A .x= : Trọng lượng một “góc” của lõi 4 3 3 30G 0,486.10 .0,839.1,015.0,163 .x 17,92x= = Vậy P0 = 356,93x3 + 74,17x2 + 383,11 x - Công suất từ hoá có thể tính sơ bộ (theo 5-31) Phan Tử Thụ với các hệ số tra ở bảng 50, 53. ( )ir ig' '' ' ''io0 if if t T 0 if if g g 0 0 '' if K K K K .KK Q K .K .q G . G K .K .q G . G N 2 G 2 2 K q n T ⎡ ⎤⎡ ⎤= + − +⎢ ⎥⎢ ⎥⎣ ⎦ ⎣ ⎦ + ∑ Trong đó: ( ) ( ) ( ) ( ) ' '' 2 if t K '' ' 2 if g K K 1,20 q 1,645 VA / Kg P 20480 VA / m K 1,06 q 1,526 VA / Kg P 2800 VA / m = = = = = = 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. ' ''io t ioK K K+ + : 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 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 22 Kt = 2: hệ số biểu thị số lượng góc nối có dạng nối thẳng 2 ioK 4,3= '' ioK 11,0= (theo bảng 52a Phan Tử Thụ) ⇒ 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 '' 2K tT T 0,0174x= = Diện tích khe hở mối nối nghiêng ' 2 2K tT 2T 2.0,0174x 0.0246x= = = Thay vào sau khi biến đổi ta được. Q0 = 1757,26x3 + 1161,062 + 594,02 x - Giá thành vật liệu tác dụng: td Fe dqC C C= + Trong đó: Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 23 2 2Fe Fe 283,95 C G 188,08x 55,7x x = = + + dq dd 2 2 298,56 588,64 C 1,86.G 1,86.1,06. x x = = = Vậy: 2 2td 2 2 283,95 588,68 C 188,08x 55,7x x x = + + + 16. Thành phần phản kháng của dòng điện không tải ( ) 2 2 0 ox 594,02 1757,26x 1161,06xQ xi % 10S 10.400 + + = = iox = 0,44.x3 + 0,29 x2 + 0,15 x 17. Mật độ dòng điện trong dây quấn. ( )6 2f n 12Cu dq 2 K .P 0,93.5500 2,67x.10 A / m 298,56K .G 2,4.10 . x − Δ = = = Trong đó: KCu = 2,4. 10-12 Pn = 5500 (W) dq 2 298,56 G x = β 1,2 1,8 1,87 1,88 1,89 2,4 3,0 3,6 4x = β 1,048 1,16 1,167 1,17 1,172 1,245 1,32 1,38 2 4x 2= β 1,096 1,344 1,161 1,368 1,374 1,55 1,734 1,90 3 4x 3= β 1,148 1,56 1,588 1,60 1,61 1,93 2,29 2,62 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 24 β 1,2 1,8 1,87 1,88 1,89 2,4 3,0 3,6 2 T 283,95 G 36,16x x = + 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 3 2 FeG 188,08x +55,7x 283,95 + x = 547,89 613,02 617,78 619,8 621,59 677,39 742,39 804,34 3 2 0P 356,93x 74,14x 383,11 x = + + 856,60 986,75 996,02 999,99 1003,4 3 111,54 1226,2 0 135,68 Tt = 0,0174x2 0,0190 0,0233 0,0236 0,0238 0,0239 0,0269 0,030 0,033 3 2 0Q 1757,26x 1161,x 594,02 x = + + 3856,6 6 4813,8 6 4879,7 3 4907,6 4 4931,3 1 5668,2 7 6487,4 0 7240,4 7 ( )0ox Qi %10S= 0,964% 1,203% 1,2199 % 1,227% 1,233% 1,417% 1,621% 1,801% Δ = 2,67x. 106 (A/m2) 2,79.10 6 3,09610 6 3,11510 6 3,12410 6 3,12910 6 3,32410 6 3,52410 6 3,68410 6 dq 2 298,56 G x = 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 3 2 td 2 C 188,08x 55,7x 283,95 588,64 x x = + + + 1084,9 7 1050,9 9 1050,2 8 1050,0 9 1050 1057,1 5 1081,8 5 1114,1 5 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 25 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 3,0 3,2 3,4 3,6 856,6 986,75 1111,54 1236,2 1353,68 1,87 1,88 1,89 P0 1 1,203 1,621 1,417 1,801 2 10 % iox β Po( W) Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 26 Po(W) 500 100 200 300 400 500 600 700 800 677,39 613,02 743,39 804,34 1,2 1,8 2,4 3,0 3,61,87 1, 8 8 1, 8 9 547,89 β Gdq GFe Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 27 18. Chọn hệ số hình dàng β Trị số β 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 ≤ 1,5% (theo đb) P0 ≤ 1000 W(theo đb) Δ ≤ 4,5.106 (A/m2) δr ≤ 25 MN/m2 Dựa vào bảng tính toán ta tìm được. β = 1,88 → x = 1,17; x2 = 1,368; x3 = 1,60 Khi đó: P0 = 999,99 (W) ≤ 1000 (W) i0 =1,227% (thoả mãn) Δ = 3,124.106 (A/m2) < 4,5.106 (A/m2) CTd = 1050,09 19. Ứng suất kéo 3 6 2 3nr Cu n f r P M .x 0,244.10 .K .K .K x aA −δ = = Trong đó: Kt = 0,93 Pn = 5500 Kr = 0,95 a = 1,38 A = 0,163 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 28 nr nx U U n n 100 K 1,41 1 e U π−⎛ ⎞= +⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠ Mà: Un = 4% (theo đb) Unx = 3,75% Unr = 1,375% Do đó: .1,375 3,756 n 100 K 1,41 1 e 46,41 4,0 π−⎛ ⎞= + =⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠ Vậy δr = 0,244 . 10-6. (46,41)2 . 0,93 . 0,95 . 5500 .1,6 1,38.0,163 = 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 β tối ưu 4 4 * ®md 0,20 2,25 A 0,163 ⎛ ⎞ ⎛ ⎞β = = =⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎝ ⎠⎝ ⎠ Vậy x = 1,224; x2 = 1,498; x3 = 1,83 - Trọng lượng dây quấn ( )1dq 2C 298,56G 199,3 Kg1,498x= = = - Trọng lượng của lõi GFe = 2 2 283,95 188,08x 55,7x x + + =559,59 (Kg) - Dòng điện không tải Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 29 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 ( )122d 3,14.0,276l 0,385 m2,25 π= = =β Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 30 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 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 31 * 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 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 32 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. 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 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 a 1 2 3 4 5 6 6 4 5 3 1 2 6 4 5 3 5 6 4 1 2 2 3 1 7 9 8 10 12 11 7 10 8 9 11 12 a) b) c) a) b) a' Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 33 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 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 34 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 1 2 3 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 35 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. 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 ưu điểm là dễ quấn nhưng kém chịu lực cơ lúc ngắn mạch. Muốn có độ bền cơ cao phải dùng nhôm tấm đã ủ hay nhôm có độ cứng cao như A6, hay A5. Tuy nhiên, vì tấm nhôm hay đồng không bọc cách điện nên kiểu dây quấn này lại có ưu điểm là tản nhiệt tốt hơn so với loại dây quấn kiểu dây dẫn. Lấp đầy cửa sổ mạch từ cũng tốt hơn nhưng công nghệ quấn dây sẽ 3 2 1 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 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 36 phức tạp hơn khi điện áp càng cao, và vì lá nhôm hay đồng mỏng nên kẹp giữa các dây dẫn ra cũng khó khăn hơn. Do đó kiểu dây quấn bằng kim loại tấm này thường dùng cho cuộn CA với điện áp không quá 10kV. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 37 b. Dây quấn hình xoắn Dây quấn gồm một hàyn sợi dây chữ nhật chập lại quấn theo chiều trục như đường ren ốc. Các sợi dây chập thường xếp theo hướng kính và nhất thiết phải có tiết diện và kích thước các sợi như nhau. Nếu chập các sợi thành một mạch quấn từ trên xuống dưới ta có kiểu dây quấn hình xoắn mạch đơn (hình 3-24a). Khi dòng điện lớn quá phải chập thành hai mạch để quấn, ta có kiểu dây quấn hình xoắn mạch kép (hình 3-24b) Kiểu dây quấn này có số vòng ít, tiết diện lớn nên dùng làm dây quấn HA. Ưu điẻm của nó là chịu được lực cơ học tốt, tản nhiệt tốt. Nhưng nhược điểm là chiều dài các sợi dây ghép không bằng nhau nên điện trở khácnhau, từ thông tản không đều (càng xa trụ sắt từ thông tản càng nhỏ) nên điện kháng cũng khácnhau. Mặt khác dòng điện phân bố không đều làm tăng tổn hao phụ. Vì vậy các sợi dây chập quấn quanh trụ cần được hoán vị. Đối với dây quấn hình xoắn mạch đơn theo chiều dài dây quấn người ta thường hoán vị tập trung ba chỗ (hình 3-25) gồm: - Hai hoán vị phân bố tổ ở khoảng ẳ và 2/3 chiều cao cuộn dây - Một hoán vị toàn bộ ở giữa đoạn dây Tại chỗ hoán vị các sợi ghép chập phải đổi chỗ cho nhau (sợi ở ngoài vào trong, sợi ở trong ra ngoài…) vì thế cần phải có một khoảng để các sợi dây tránh nhau. Như vậy chiều cao dây quấn tăng thêm một rãnh dầu và một bánh dây (hình 3-26). Nói chung để hoán vị được dễ dàng và dây quấn chắc chắn thì số sợi ghép chập không nên qúa 4. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 38 Hình 3-24: Dây quấn hình xoắn a) mạch đơn (6 vòng dây); b) Mạch kép (4 vòng dây). Đối với dây quấn hình xoắn mạch kép người ta không dùng kiểu hoán vị tập trung tại 3 chỗ như vậy mà hoán vị phân bố đều, nghĩa là có bao nhiêu sợi dây chập thì có bấy nhiêu lần hoán vị và phân bố vị trí hoán vị trên toàn chiều cao dây quấn (hình 3-27). Vì nhờ có hai mạch chạy song song nhau nên chỗ hoán vị không cần phải “tránh” nhau mà có thể đổi lẫn vị trí các sợi dây dễ dàng, do đó việc hoán vị không ảnh hưởng tới chiều cao dây quấn (hình 3-28) Dây quấn hình xoắn thích dụng cho các cuộn HA điện áp từ 0,230 đến 35kV với các máy biến áp có công suất từ 160 đến 1000kVA. c. Dây quấn hình ống nhiều lớp a) b) TiÕt diÖn mét vßng Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 39 Dây dẫn dùng là dây tròn quấn thành hình trụ nhiều lớp (lớn hơn 2), đồng tâm. Vì số vòng dây trong một lớp nhiều nên điện áp giữa các lớp cao do đó cách điện của dây dẫn không đảm bảo, do vậy phải thêm cách điện giữa các lớp. Thường dùng vài lớp giấy cáp để cách điện là đủ (đối với điện áp 10kV, dùng 3 lớp dày 3 x 0,12mm; đối với điện áp 6kV dùng hai lớp dày 2 x 0,16 mm). Để đề phòng phóng điện bề mặt, chiều cao cách điện giữa các lớp phải cao hơn chều cao của dây quấn từ 20 đến 50 mm (cả hai phía) và được quấn thêm những gờ bằng bìa cách điện. Nếu số lớp nhiều quá thì việc tản nhiệt sẽ khó khăn do đó cần phải có rãnh dầu dọc ở giữa. khi làm dây quấn HA ở trong, rãnh dầu có thể ở giữa dây quấn, còn khi làm dây quấn CA ở ngoài, rãnh đều thường bố trí vào quãng 1/3 đến 1/5 chiều dày cuộn dây tính từ trong ra ngoài. Hình 3-30: Cách điện phần dầu của dây quấn hình ống nhiều lớp. Dây quấn có thể dùng một sợi hay hai sợi chập lại, nhưng ít khi dùng tới 4 sợi. Khi dùng nhiều sợi cũng không cần hoán vị vị trí của nó phân bố đã tương đối đều đặn. Việc rút đầu dây phân áp cũng dễ dàng mà không cần cắt hàn đầu dây. C¸ch ®iÖn líp M μn c h¾ n b¨ ng v ¶i Q uÊ n b» ng T Êm lã t c ¸c h ®i Ön b» ng g iÊ y c¸ p Vμnh ®Öm b»ng b×a c¸ch ®iÖn Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 40 Kiểu dây quấn này có điện dung hướn trục lớn, do đó hệ số q d C C α = (trong đó Cđ là tổng điện dung dọc và Cq là tổng điện dung ngang của dây quấn) nhỏ nên chống sét tốt. Mặt khác kết cấu đơn giản, quá trình chế tạo cũng dễ. Nhược điểm là chịu lực co giới kém và tản nhiẹt có phần khó khăn. Dây quấn này chủ yếu được áp dụng cho các máy biến áp có S dưới 630kVA và thường làm cuộn cao áp với điện áp 6,10 hay 35kV. Hình 3-30: Cách điện phần dầu của dây quấn hình ống nhiều lớp Ngoài ra còn có một kiểu gần giống kiểu ống nhiều lớp dây tròn nữa gọi là dây quấn hình ống nhiều lớp phân đoạn, ở đây cũng làm bằng dây tròn. Việc phân đoạn thành nhiều bánh dây như vậy (thường là từng đôi một) sẽ giảm được điện áp giữa các lớp cạnh nhau trong từng bánh dây, nhờ đó có thể cải thiện vấn đề cách điện giữa các lớp. Mặt khác việc làm nguội cuộn dây cũng dễ dàng hơn. Nhược điểm của dây 17 18 19 20 13 14 15 16 12 11 10 9 5 6 7 8 4 3 2 1 24 25 32 33 40 2623 31 39 34 2722 30 38 35 2821 29 37 36 a) b) Hình 3-33 : Bánh dây kép có cách điện lớp bằng caton (a) và bánh dây đơn có cách điện bằng giấy cáp (b) a) b) c) d) ®) Đồ quấ d. D bán chi dầu bán chậ như ngo quấ án tốt nghiệ n này là v ây quấn Ở đây h theo đư ều cao sợi ngang (h h nên đượ p lại để qu Dây qu ợc điểm ài thường n được b p iệc quấn d kiểu xoáy người ta d ờng xoáy dây. Giữ ình 3-34) c gọi là d ấn nhưng Hình ấn liên tụ là quá trìn lệ, thì bá ánh này tr ây phức tạ ốc liên tụ ùng dây ti ốc phẳng a tất cả cá . Suốt cuộ ây bánh li không nên 3-34: Dâ c có ưu đ h quấn ph nh tiếp th ước hét p Th p hơn, do c ết diện chữ . Như vậy c bánh dây n dây khô ên tục. Có quá 44. y quấn xo iểm là ch ức tạp, vì eo phải q hải quấn t iết kế máy b đó giá thà nhật quấ chiều ca hay vài b ng có mố thể dùng áy ốc liên ịu được lự khi một b uấn từ ng ạm từ tron iến áp 400k nh cao hơn n liên tục o bánh dâ ánh dây m i hàn nào một sợi ha tục c cơ học ánh quấn oài vào tr g ra ngoà VA ngâm d . thành nhiề y vừa bằn ột có rãn để nối cá y nhiều sợ tốt. Nhưn từ trong r ong. Muố i như bán ầu u g h c i g a n h Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 42 trước đó đã, sau đó khi đầy bánh phải giữ lấy đầu cuối và đầu đầu của nó rồi dùng tay nếp lại để cho những vòng trong ra ngoài và vòng ngoài vào trong. Như vậy ta được một đôi bánh khác (xem giáo trình “công nghệ chế tạo máy biến áp” của bộ môn thiết bị điện). Yêu cầu đối với dây quấn này là: - Các đầu ra của dây quấn ở phía ngoài cùng bánh dây, để cách điện đỡ phiền phức. Như vậy số bánh dây phải là số chẵn. - Khi chập nhiều sợi phải hoán vị giữa các sợi dây. nhưng việc hoán vị ở đây có thể tiến hành giữa hai bánh cạnh nhau và không làm thay đổi chiều cao của dây quấn (hình 3-35). Dây quấn xoáy ốc liên tục chủ yếu dùng làm cuộn CA và thường dùng trong một dải công suất rộng cacs máy biến áp từ 160 đến 100000kVA, điện áp từ 2 đến 500kV và hơn nữa. Nó cũng có thể dùng làm cuộn HA cho những máy biến áp có dòng điện từ 10, 15 đến 300A. Ngoài những kiểu dây quấn cính thường dùng trên còn một số kiểu dây quấn khác như dây quấn không cộng hưởng, dây quấn xen kẽ… dùng trong những máy biến áp chống sét, máy biến áp hàn điện… Như đã biết (chương 1) hiện nay ngoài dây quấn làm bằng dây đồng, một số nước công nghiệp phát triển trên thế giới còn dùng dây nhôm. Như vậy sẽ tiết kiệm được đồng – một kim loại chiến lược rất quan trọng, mặt khác nhôm nhẹ, rẻ hơn nên giảm được trọng lượng máy và một phần giá thành vật liệu dây quấn. Tuy vậy dùng nhôm vẫn còn có một số khó khăn về kỹ thuật làm giảm tính năng của máy cần phải tiếp tục khắc phục. Do đó nó chưa được dùng nhiều trong các máy biến áp loại lớn. III.2. TÍNH TOÁN DÂY QUẤN HẠ ÁP 1. Sức điện động của một vòng dây là: Uv = 4,44.f.Bt.Tt = 4,44 . 50 . 1,62 . 0,0265 = 9,53 (V). 2. Số vòng dây một pha của dây quấn. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 43 W1 = f1 V U 230,9 U 9,53 = = 25 (vòng). Vậy điện áp thực tế trên mỗi dây: UV = f1 1 U 230,9 W 25 = = 9,236 (V) 3. Cường độ tự cảm thực trong trụ sắt. Bt = V t U 9,236 1,569T 4,44.f.T 4,44.50.0,0256 = = 4. Mật độ dòng điện áp trung bình. Δtb = 0,746 . Kf. 4n V 12 P .U .10 S.d Δtb = 0,746 . 0,93 . 5500.9,236 400.0,276 . 104 = 3,19 . 106 (A/m2). 5. Tiết diện sơ bộ vòng dây của dây quấn hạ áp. T’1 = 1f tb I Δ Trong đó: I1f = 577,35: là dòng điện pha định mức. Vậy: T’1 = 6 577,35 3,19.10 = 180,98 . 10-6 (m2). 6. Đối với kết cấu dây quấn hạ áp có điện áp nhỏ hơn 10kV ta dùng một tấm đồng mỏng không bọc cách điện, có chiều cao 38,5 (cm) quấn 25 vòng. Ta kẹp tấm đồng mỏng cùng giấy cách điện, quấn liện tục 25 vòng thành hình ống. Dây quấn kiểu này có ưu điểm là dễ quấn, chịu được lực cơ lúc ngắn Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 44 mạch tốt, lấp đầy cửa sổ mạch từ cũng tốt hơn. 7. Chiều dày của dải đồng. δ = 1T ' l Trong đó: T’1 = 180,98 (mm2). l = 38,5 (cm) = 38,5 . 10 (mm) Vậy: δ = 180,98 38,5.10 = 0,47 (mm) 8. Chiều dày một vòng dây của dải đồng. h1 = δ + 0,3 = 0,47 + 0,3 = 0,77 (mm) Ở đây ta coi chiều dầy cách điện là 0,3 (mm) 9. Chiều dày của dây quấn hạ áp. a1 = w1. H = 25 . 0,77 = 19,25 (mm) 10. Đường kính trong của dây quấn hạ áp. D’1 = dđm + 2 U01 Trong đó: dđm = 20 (cm) a01 = 0,5 (cm) Vậy: D’1 = 20 + 2.0,5 = 21 (cm) 11. Đường kính ngoài dây quấn HA '' '1 1 1D D 2a= + = 21 + 2. 1,925 = 24,85 (cm) 12. Trọng lượng dây quấn HA Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 45 ' '' ' 51 1 Cu1 1 1 D D G 28t. .W .T .10 2 −+= ( )5Cu1 21 24,85G 28.3. .25.180,98.10 87,13 Kg2 − += = 13. Bề mặt làm lạnh dây quấn hạ áp M1 = 3.π. ( )' '' 41 1D D .l.10−+ ( ) ( )41M 3 .38,5.10 1,66 cm−= π 21+ 24,85 = III.3. TÍNH TOÁN DÂY QUẤN CAO ÁP 1. Chọn sơ đồ điều chỉnh điện áp Với kiểu này đoạn dây điều chỉnh ở giữa dây quấn với đầu nối “thuận” như hình vẽ Chọn máy biến áp có 4 cấp điều chỉnh: +5%, +2,5%, -2,5%, -5% 2. Số vòng dây của cuộn cao áp với điện áp định mức f 22m®m 1 f1 U 22000 W W 25. 2381 U 230,9 = = = vòng 3. Số vòng dây của một cấp điều chỉnh điện áp. Wcd = 0,025.W2đm = 0,025.2381= 60 vòng 4. Số vòng dây tương ứng ở các đầu phân áp − Cấp 23100V: W2 = W2đm + 2W2đc = 2381 + 2.60 = 2501 vòng − Cấp 22500V: W2 = W2đm + W2đc = 2381 + 60 = 2441 vòng A6 A4 A2 A A5 A3 A7 A Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 46 − Cấp 22000V: W2 = W2đm = 2381 vòng − Cấp 20900V: W2 = W2đm - 2W2đc = 2381 – 2.60 = 2261 vòng 5. Sơ bộ chọn mật độ dòng điện ( )' 22 tb 13,19 A / mmΔ = = Δ = Δ M 6. Tiết diện sơ bộ vòng dây ' 2f2 ' 2 I T = Δ Trong đó: I2f = 6,062: dòng điện pha định mức Vậy: ( )' 22 6,062T 1,900 mm3,19= = 7. Theo bảng 38 với S = 400KVA, If2 = 6,062 (A); T’2 = 1,900(mm2) U2 = 22KV. Ta chọn kết cấu dây quấn hình ống nhiều lớp dây dẫn tròn Theo bảng 21: ta chọn kích thước dây dẫn ghi như sau 1,501 1,77 1,60 Πδ − 8. Tiết diện toàn phần của mỗi vòng dây T2 = nv2. Td2 = 1. 1,77 = 1,77 (mm2) 9. Mật độ dòng điện thực ( )22f2 2 I 6,062 3,43 A / mm T 1,77 Δ = = = 10. Số vòng dây trong một lớp Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 47 3 3 2 l1 ' v2 2 l .10 0,385.10 W 1 240 1.1,60n d = = − = (vòng) 11. Số lớp dây quấn 2l2 l2 W 2501 n 10m466 W 240 = = = ≈ 11 lớp 12. Điện áp làm việc giữa hai lớp kề nhau Ul2 = 2. Wl2. Uv = 2. 240. 9,236 = 4433,28 (V) ta cho chọn loại cách điện giấy cáp X, chiều dài cách điện 7x0,12 (mm). Đầu thừa cách điện là 22 (mm) Vậy: δl2 = 7. 0,12 = -,84 (mm) 14. Bố trí dây quấn cuộn cao áp quấn lên ống cách điện và có rãnh dầu ở giữa hai tổ lớp. 15. Chiều dài dây quấn cao áp ( ) ( ) ( )' ' 32 2 l2 22a d n m n m 2 a 10 m−⎡ ⎤= + + δ + − +⎣ ⎦ Trong đó: n + m = nl2 = 11 lớp 0 0. ... ... ... ... 0 0 0 0. ... ... ... ... 0 0 0 0. ... ... ... ... 0 0 0 0. ... ... ... ... 0 0 0 0. ... ... ... ... 0 0 0 0. ... ... ... ... 0 0 0 0. ... ... ... ... 0 0 0 0. ... ... ... ... 0 0 0 0. ... ... ... ... 0 0 0 0. ... ... ... ... 0 0 0 0. ... ... ... ... 0 0 4 Líp 7 Líp 24 0 vß ng Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 48 D’22 = 5 (mm) khoảng cách giữa 2 tổ lớp Vậy a2 = (1,6. 11 + 0,84. 9 + 5) = 0,0301 (m) 16. Đường kính trong dây quấn CA D’2 = D”1 + 2 a12 = 0,2845 + 2. 0,018 = 0,2845(m) 17. Đường kính ngoài dây quấn CA D”22 = D’2 + 2 a2 = 0,2845 + 2. 0,0301 = 0,3447(m) 18. Trọng lượng đồng dây quấn CA ' '' 2 2 a12 2®m 2 D D G 28.t. W .T 2 += ( )3a12 0,28445 0,3447G 28.3. 2881.1,77.10 111,5 Kg2 − += = 19. Bề mặt làm lạnh của dây quấn. M2 = 1,56. K. π(( )' ''2 2 2D D l+ (m2) Với K = 0,88 Vậy M2 = 1,5. 3. 0,88. 3,14. (0,28445 + 0,3447). 0,495 M2 = 3,02 (m2) Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 49 CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN CÁC THAM SỐ NGẮN MẠCH IV.1. TỔN HAO NGẮN MẠCH 1. Tổn hao trong dây quấn hạ áp. Như ta đã biết PCu tỷ lệ với bình phương của mật độ dòng điện vì vậy khi đảm bảo cho PCu bằng hằng số nếu Δ tăng thì GCu phải giảm. Nhưng không đặt vấn đề tăng nhiều Δ để giảm trọng lượng đồng. Vì vậy trọng lượng đồng không giảm được bao nhiêu mà tổn hao đồng sẽ tăng lên nhiều lần (có thể quá mức quy định). Đồng thời dây quấn sẽ phát nóng nhiều và phải dùng nhiều dầu để làm nguội dây quấn. PCu1 = 2,4. 21Δ . GCu1 = 2,4. (3,19)2. 87,13 = 2127,94 (W) 2. Tổn hao đồng của dây quấn cao áp - Tổn hao phụ trong dây quấn cao áp 8 2 4 2f 2k 1 0, 044.10 . .d .n= + β Trong đó: 3 2 r 2 d m 1,50.240.10 k .0, 95 l 0,385 − β = = = 0,888 Vậy: Kf2 = 1 + 0,044. 8 2 4 2 1210 .0,888 .1,5 .11 .10− = 1m0022 Vậy: Tổn hao đồng của dây quấn cao áp là ( )22Cu2 2 a12 f 2P 2, 4. .G .K 2, 4. 3, 43 .111,5.1, 0022= Δ = PCu2 = 3155,21 (W) 3. Tổn hao trong dây dẫn ra Pr = 2,4. Δ2. Gr Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 50 Δ:Mật độ dòng điện trong dây dẫn ra, chính là mật độ dòng điện của dây quấn có dây dẫn ra. - Khi dây quấn cao áp nối Δ ta có lr2 = 14. l = 14. 0,385 = 5,39 (m) - Khi dây quấn hạ áp nối Y ta có lr1 = 7,5. l = 7,5. 0,385 = 2,887 (m) * Vậy trọng lượng của dây dẫn ra chính là: - Dây quấn cao áp Gr2 = lr2 Tr2. γCu2 = 5,39. 1,77. 8900.10-6 = 0,085 (Kg) Pr2 = 2,4. 22 r 2.GΔ = 2,4. (3,19)2. 4,634 = 113,17 (W) 4. Tổn hao trong vách thùng dầu và các chi tiết kết cấu khác Pt = 10. K. S (W) Trong đó: K = 0,015 (theo 40a Phan Tử Thụ) S = 400KVA Vậy Pt = 10. 400. 0,015 = 60 (W) 5. Tổng tổn hao đồng của dây quấn cao áp và hạ áp PCu = PCu1 + PCu2 + Pr1 + Pr2 (W) PCu = 1217,94 + 3155,21 + 113,17 + 2,4 = 5398,72 (W) 6. Tổng tổn hao ngắn mạch của máy biến áp Pn = PCu + Pt = 5398,72 + 60 = 5458,72 (W) 7. Sai số nhỏ hơn so với tiêu chuẩn. n ntt n P P 5500 5458, 72 .100 .100 P 5500 − −= = 0,75% Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 51 8. Mật độ dòng nhiệt trên bề mặt dây quấn. cu1 r11 1 P P 2127, 94 113,17 q M 1, 66 + += = = 1350,38 (W/m2) + Đối với dây quấn cao áp cu2 r22 2 P P 3155, 21 2, 4 q M 3, 02 + += = = 1045,56 (W/m2) IV.2. XÁC ĐỊNH ĐIỆN ÁP NGẮN MẠCH Trị số Un là một tham số rất quan trọng ảnh hưởng tới những đặc tính vận hành cũng như kết cấu của máy. Thật vậy: + Khi Un% bé thì dòng điện ngắn mạch In lớn gây lên lực cơ học trong máy biến áp lớn. + Khi Un% lớn thì điện áp giáng ΔU ở trong máy biến áp tăng lên ảnh hưởng đến các hộ dùng điện + Sự phân phối tải nguồn các máy biến áp làm việc song song với Un khác nhau sẽ không hợp lý. Không tỷ lệ với dung lượng của máy mà tỉ lệ ngược với điện áp ngắn mạch Un%. Ta đã biết: Điện áp ngắn mạch toàn phần Un = 2 2nx nrU U+ 1. Thành phần tác dụng của điện áp ngắn mạch. nnr P 5458.72 U 10S 10.400 = = = 1,364% 2. Thành phần phản kháng của điện áp ngắn mạch. ( )1r rnx 2 v 7, 9.S ' .a .K U 10 % U −= Trong đó: Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 52 d 1 2πβ = 2 Mà: d12 = ' '' 1 2D D 0, 21 0,3447 2 2 + += =0,277 (m) Vậy: 3,14.0,277 0,385 β = = 2,21 ar: chiều rộng qui đổi của rãnh dầu 1 2 r 12 a a 0,0192 0,0301 a a 0,015 3 3 0,0314(m) + += + = + = Lấy Kr = 0,93; Uv = 9,3 (V) Vậy: 3nx 7,9.50.133,3.2,21.0,0314.0,93 U 10 9,3 −= = 3,928% 3. Điện áp ngắn mạch toàn phần là 2 2 2 2n nr nxU U U 1,364 3,928= + = + = 4,158% 4. Điện áp ngắn mạch sai số lớn hơn so với tiêu chuẩn. n ntt n U U 4,0 4,158 .100 .100 U 4 − −= = 3,59% IV.3. TÍNH LỰC CƠ BẢN CỦA DÂY QUẤN. Khi máy biến áp bị sự cố ngắn mạch thì dòng điện ngắn mạch sẽ rất lớn. Nhưng vấn đề nhiệt đối với máy biến áp ko quan trọng lắm, vì nếu bố trí thiết bị bảo vệ tốt, máy ngắt tự động sẽ cắt phần sự cố ra khỏi lưới điện, do đó vấn đề còn lại chủ yếu là lực cơ học gây nên tác dụng nguy hểm đối Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 53 với dây quấn máy biến áp. Bởi vậy để đảm bảo cho máy biến áp làm việc an toàn, khi thiết kế phải xét đến những lực co học tác dụng lên dây quấn khi ngắn mạch xem độ bền của dây quấn máy biến áp có đủ hay không. Do vậy − Phải xác định trị số cực đại củ dòng điện ngắn mạch − Xác định lực cơ học giữa các dây quấn − Tính ứng suất cơ của đệm cách điện giữa các dây quấn và bản thân dây quấn. 1. Dòng điện ngắn mạch xác lập ®mn n I I .100 U = Ta coi nguồn cung cấp có công suất vô cùng lớn Iđm là dòng điện định mức của đầp phân áp của dây quấn (A) Vậy: n 577,35.100 I 4,158 = = 13885,28(A) 2. Dòng điện ngắn mạch cực đại tức thời rr nx U U max ni 2 .I 1 e π−⎛ ⎞= +⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠ = 2.13885,28. 1 e π.1,364− 3,928⎛ ⎞+⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠ ( )1,09maxi 2.13885,28. 1 e−= + ≈ 19637,1 (A) 3. Lực hướng kính Khi hai dây quấn cùng chiều cao và các vòng dây phân bố đều trên toàn chiều cao. Từ trường tản gồm có hai thành phần dọc trục với từ cảm B Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 54 và thành phần ngang trục với từ cảm B’, ứng với mỗi từ trường tản thì sẽ có lực tác dụng tương ứng. - Từ trường tản B tác dụng với dòng điện gây nên lực hướng kính Fr, có thể tính như sau: Fr = 0,628(imaxW)2. β. Kr. 10-6 (N) Trong đó: W = 25 Số vòng dây của dây quấn hạ áp Kr = 0,93 imax = 19637,1(A) β = 2,21 Vậy: Fr = 0,628 (19637,1. 25)2. 2,21. 0,93.10-6 = 310982,84(N) 4. Ứng suất do lực hướng kính gây nên lực Fk tác dụng lên cuộn dây ngoài (cuộn cao áp) nên ứng suất căng trong cuộn CA sẽ là: 6 nr nr 2 2 F .10 T .W − δ = l B' B Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 55 Mà: rnr F F 2 = π Trong đó: T2 = 1,77 (mm2) W2 = 2501 vòng Vậy: ( ) r n r 2 2 2 nr F 310982,84 2 T W 2.3,14.1m77.2501 11,18 MN / m δ = =π δ = Ứng suất δnr = 11,18 (MN/m2) nhỏ hơn ứng suất cho phép đối với dây quấn đồng là: δnr ≤ 30 (MN/m2). 5. Lực hướng trục chỉ có một thành phần. Từ trường tản ngang trục tác dụng với dòng điện sinh ra lực hướng trục: F’t ' rt r a F F . 2t = Trong đó: ar = 0,0314 (m) l = 0,385 (m) Fr = 310982,84 (N) 't 0,0314 F 310982,84. 2.0,385 = = 12681,63 (N) Do cuộn dây phân bố đều theo chiều dài dây quấn nên lực hướng trục F’’t = 0 F’’t là lực dọc thứ hai sinh ra do sự phân bố không đều theo chiều cao dây quấn. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 56 Do vậy lực ép cực đại giữa chiều cao dây quấn cao áp: Fn2 = F’t = 12681,63 (N). Còn lại lực đẩy lên ngang gông: Fg = 0. 6. Ứng suất giữa các vòng dây cao áp 6 n2 n ' '' 1 2 2 F 12681,63.10 0,21 0,3447D D 3,14. .0,0301. a 22 − δ = = ++π = 0,484 MN/m2 Trong đó: a2 = 0,0301 (m) D’1 = 21 (cm) = 0,21 (m) D’2 = 0,3447 (m) Như vậy δn = 0,484 NM/m2 đạt tiêu chuẩn cho phép[δn] ≤ 18 đến 20 MN/m2. 1 l = 3 8, 5( m ) 2 + F’t F ’’ t = 0 Fg = 0 Fn = Ft ’ Fg = 0 F’t F ’’ t = 0 Fg = 0 Fn = Ft ’ Fg = 0 D©y quÊn 1 D©y quÊn 2 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 57 CHƯƠNG V: TÍNH TOÁN CUỐI CÙNG VỀ HỆ THỐNG MẠCH TỪ Sau khi xác định kích thước và trọng lượng của dây quấn sao cho về tính năng Un,Pn đạt yêu cầu ta sẽ tiến hành tính toán cuối cùng về mạch từ để xác định các kích thước cụ thể của bậc thang của trụ sắt. Sau đó tính dòng không tải, tổn hao không tải và hiệu suất của máy biến áp. V.1. XÁC ĐỊNH CÁC KÍCH THƯỚC CỤ THỂ CỦA LÕI SẮT. Ta chọn lõi thép 3 pha, 3 trụ phẳng, các lá thép ghép xen kẽ bằng tồn cán lạnh có 4 đầu nối nghiêng ở 4 góc. Ép trụ dùng băng vải thuỷ tinh không có tấm sắt ép trụ. Gông ép bằng xà ép gông. Tiết diện trụ có 7 bậc, gông có 5 bậc. Kích thước các tập lá thép như hình vẽ Theo bảng 41b ta có kích thước của các tạp lá thép như sau: Thứ tự tập Trụ (mm) Gông trong nửa tiết diện trụ - mm 1 190x22 190x22 2 175x26 175x26 3 155x15 155x15 4 135x11 135x11 5 120x6 120x18 6 105x5 - 7 75x7 - Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 58 1. Tổng chiều dày các lá thép của tiết diện trụ (hoặc gông) 2(22 = 26 + 15 + 11 + 6 + 5 + 7) = 184 (mm) = 0,184 (m) 2. Toàn bộ tiết diện bậc thang của trụ Theo 42b ta có: Ttb = 288,4 (cm2) = 0,02884 (m2) 3. Tiết diện bậc thang của gông (theo 42b) Tbg = 296,2 (cm2) = 0,02962 (m2) 4. Thể tích một góc của mạch từ (theo 42b) V0 = 4811 (cm3) = 0,004811 (m3) 5. Tiết diện hữu hiệu (thuần sắt) của trụ Tt = Kd . Tbt = 0,92. 0,02884 = 0,02653 (m2) 6. Thể tích thuần sắt một góc của mạch từ V0 = Kd. V0 = 0,92. 0,008411 = 0,004426 (m3) 7. Tiết diện hữu hiệu (thuần sắt) của gông Tg = Kd. Tbg = 0,92. 0,02962 = 0,02725 (m2) 8. Số lá thép trong từng bậc của trụ và gông t d 3 t b .K n .1 0δ − = δ Trong đó: δt là chiều dày của mỗi lá tôn silic (mm) Kd = 0,92 là hệ số điền đầy của tập lá thép - Bậc 1: 1 3 0,184.0,92 n 7,69 8 l¸ 22.10− = = ≈ Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 59 - Bậc 2: 2 3 0,184.0,92 n 6,53 7 l¸ 26.10− = = ≈ - Bậc 3: 3 3 0,184.0,92 n 11,33 12 l¸ 15.10− = = ≈ - Bậc 4: 4 3 0,184.0,92 n 15,45 16 l¸ 11.10− = = ≈ - Bậc 5: 5 3 0,184.0,92 n 28,33 29 l¸ 6.10− = = ≈ - Bậc 6: 6 3 0,184.0,92 n 34 l¸ 5.10− = = - Bậc 7: 7 3 0,184.0,92 n 25 l¸ 7.10− = ≈ 9. Chiều cao trụ lt = l + l’0 + l’’0 Trong đó: l’0, l’’0 là khoảng cách từ dây quấn đến gông trên và gông dưới. Vì không có vành săt ép dây quấn lên: l’0 = l’’0. Vậy: lt = l + 2l’0 = 0,385 + 2. 0,045 = 0,475 (m) 10. Khoảng cách giữa hai tâm trụ C = D’’2 + a22 = 0,3447 + 0,018 = 0,3627 (m) 11. Trọng lượng sắt một góc theo (5 – 10) Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 60 G0 = Kd. V0. γ = 0,004426. 7650 = 33,86 (kg) 12. Trọng lượng sắt gông theo (5 – 14) Gg = G’g + g’’g Trong đó: + G’g = 2 (t - 1) C.Tg. γ = 2. (3 – 1). 0,3627. 0,02725. 7650 = 302,43 (kg) + G’’g = 2 G0 = 2. 33,86 = 67,72 (Kg) Vậy Gg = 302,43 + 67,72 = 370,15 (Kg) 13. Trọng lượng sắt trụ (theo 5 – 15) Gt = G’t + G’’t Trong đó: G’t = t ( ) ( )3 3t 1g 0T .a .Y.10 G 3 0,02653.190.7650.10 33,86− −− = − G’t = 14,1 (Kg) Vậy Gt = 289,21 + 14,1 = 303,31 (Kg) 14. Trọng lượng sắt toàn bộ của trụ và gông GFe = Gt + Gg = 303,31 + 370l15 = 673,46 (Kg) V.2. TÍNH TỔN HAO KHÔNG TẢI Khi cấp điện áp xoay chiều định mức có tần số định mức vào cuộn dây sơ cấp và cuộn dây khác để hở mạch gọi là chế độ không tải. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 61 Tổn hao không tải của máy biến áp gồm có: tổn hao trong lá thép silic, tổn hao đồng trong dây quấn do dòng không tải sinh ra, tổn hao do dòng điện rò trong các chất cách điện. Tổn hao đồng lúc không tải ở dây quấn rất nhỏ nên có thể bỏ qua. Ta xem tổn hao không tải gồm hai thành phần. + Tổn hao trong trụ sắt + Tổn hao trong mạch từ 1. Trị số tự cảm trong trụ Lõi thép làm bằng tôn cán lạnh mã hệu 3405, dày 0,30 mm do đó trị số tự cảm trong trụ sắt và trong gông là: ( )vt t U 9,3 B 1,579 T 4,44.f.T 44,4.50.0,02653 = = = ( )vg g U 9,3 B 1,537 T 4,44.f.T 44,4.50.0,02725 = = = Trị số tự cảm trong mối nối nghiêng. tn B B 1,116 2 = = T Tiết diện khe hở không khí ở mối nối thẳng bằng tiết diện trụ hoặc gông Tiết diện khe hở không khí ở mối nối nghiêng bằng Tn = ( )2t2.T 2.0,02653 0,03752 m= = 2. Theo bảng 45 với tôn 3405, dày 0,30 mm ta tra được các suất tổn hao tương ứng Với: Bt = 1,579 T; Pt = 1,093 W/kg; PK = 948 W/m2 Bg = 1,537 T; Pg = 1,021 W/kg; PK = 892 W/m2 Bn = 1,116 T; Pkn = 430 W/ m2 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 62 3. Theo 5-22, ở mục 5.2 đối với mạch từ phẳng nối nghiêng ở 4 góc, trụ giữa nối thẳng, lõi sắt không đột lỗ, tồn có ủ sau khi cắt, có khử bavia ta tìm được. KPC = 1,05: hệ số kể đến tổn hao do cắt dập lá tôn thành tấm KPg = 1,00: hệ số kể đến tổn thao do gấp mép hoặc khử bavia KPe = 1,02: hệ số tổn hao do ép trụ để đai KPt = 1,02: hệ số tổn hao do tháo láp gông trên KP0 = 9,6: hệ số gia tăng tổn hao công suất ở góc nối KPf = 1,13: hệ số tổn hao phụ 4. Tổn hao không tải ( ) ( ) ' 0 pg pt pe p0 t t g g d 0 t g ' '' 0 n p0 T p0 K K K P K .K .K .K P G P G K .G P P G K K K .K P n T 2 ⎡ ⎤= + −⎣ ⎦ ++ + +∑ Trong đó: G0 = 33,86 (kg)- Trọng lượng sắt 1 góc mạch từ Kp0 = ' ''n p0 t p0K .K K .K 4.1,36 2.2,08 9,6+ = + = Vậy: ( ) 0 1,093.303,31 1 1,021 302,43 4.33,86 1,093 1,021 P 1,00.1,02.1,02.1,05.1,00. .33,86.9,6 4.0,03752.430 2 1.0,0265.984 2.0,0275.892 ⎡ ⎤+ + −⎢ ⎥+⎢ ⎥= + +⎢ ⎥⎢ ⎥+ +⎢ ⎥⎣ ⎦ P0 = 1074,35 (W) Vậy sai số lớn hơn so với tiêu chuẩn là; 1074,35 1000 .100 7,43% 1000 − = Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 63 Theo tiêu chuẩn người ta quy định tổn hao không tải tính toán không được vượt quá +7,5% trị số tổn hao tiêu chuẩn. Vậy P0 =1074,35 (W) là phù hợp. 5. Suất từ hoá Theo bảng 50 ta tìm được suất từ hoá - Với Bt = 1,579 T thì qt = 1,416 (VA/kg); qt.t = 17400 (VA/m2) Bg = 1,537 T thì qg = 1,292 (VA/kg); qk.g = 15240 (VA/m2) Bkn = 1,116 T thì qkn = 2500 (VA/m2) 6. Đối với kết cấu lõi thép và công nghệ chế tạo mạch từ có ủ lá tôn sau khi cắt dập ta có các hệ số sau: Kig = 1,0; Kit = 1,02; Kic = 1,18; Kie = 1,04; Kib = 1,0; Kir = 1,18; Kio = 42,45. Vậy: ( ) t g'ib ic t t g g d 0 ir ig 0 0 ig ie it K K K q q K .K q .G q G K G K K G 2Q K K K q n T ⎧ ⎫⎡ ⎤+ − +⎪ ⎪⎢ ⎥= ⎣ ⎦⎨ ⎬⎪ ⎪+⎩ ⎭∑ Trong đó: Kig = Kn.K’i0 + Kt. K’’i0 = 4.4,3 + 2. 11 = 39,2 ( ) 0 1,416 1,292 1,0.1,18 1,416.303,31 1,292 302,43 4.33,86 .1,18.39,2.33,86 Q .1,0.1,04.1,022 4.2500.0,03752 1,0.17400.0,0265 2.15240.0,02752 ⎧ ⎫+⎡ ⎤+ − +⎪ ⎪⎢ ⎥= ⎣ ⎦⎨ ⎬⎪ ⎪+ +⎩ ⎭ Q0 = 5526,48 (VA) 7. Thành phần phản kháng của dòng điện không tải oox Q 5526,48 i 10.S 10.400 = = = 1,382 % 8. Thành phần tác dụng của dòng điện không tải 0or P 1074,35 i 10.S 10.400 = = = 0,268% Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 64 9. Dòng điện không tải toàn phần 2 2 2 2o or oxi i i 0,268 1,382= + = + =1,408% 10. Sai số của i0 so với tiêu chuẩn 1,408 1,5 .100 1,5 − = -6,13% Vì i0 nằm trong giới hạn cho phép [i0%] = ± 15% 11. Tìm số dòng không tải của dây quấn CA tương ứng ( )0r0r ®m i 0,268i I . 6,062. 0,0162 A100 100= = = ( )0x0x ®m i 1,382i I . 6,062. 0,084 A100 100= = = ( )00 ®m i 1,408i I . 6,062. 0,0853 A100 100= = = 12. Hiệu suất của máy biến áp. Hiệu suất của máy biến áp lúc tải định mức sẽ là: 0 n ®m 0 n P P % 1 100 P P P ⎡ ⎤+η = −⎢ ⎥+ +⎣ ⎦ Trong đó: Pđm là công suất tác dụng của máy biến áp (VA) 3 1074,35 5458,72 % 1 .100 98,39% 400.10 1074,35 5458,72 +⎡ ⎤η = − =⎢ ⎥+ +⎣ ⎦ Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 65 CHƯƠNG VI: TÍNH TOÁN NHIỆT CỦA MÁY BIẾN ÁP Tính toán nhiệt là tính toán về nhiệt ở trạng thái xác lập nghĩa là khi máy biến áp làm việc ở tải định mức, ở trạng thái xác lập này toàn bộ nhiệt lượng do dây quấn và lõi sắt phát ra xung đều khuếch tán ra xung quanh. Nói chung tính toán nhiệt của máy biến áp gồm các phần sau đây: − Tính chọn nhiệt độ chênh qua từng phần − Chọn kích thước thùng dầu bảo đảm toả nhiệt tốt nghĩa là làm sao nhiệt độ dây quấn lõi sắt dầu không quá mức quy định. − Kiểm tra nhiệt độ chênh của dây quấn, lõi sắt và dầu đối với không khí. 1. Nhiệt độ chênh trong lòng dây quấn hay lõi sắt với mặt ngoài của nó a. Đối với dây quấn hạ áp 410 1 c®1 q .10 δθ = λ Trong đó: δ1 là chiều dày cách điện 1 phía (m) δ1 = 0,4mm = 0,0004 (m) λcđ1 là suất dẫn nhiệt của lớp cách điện của dây dẫn, tra bảng 54: λcd1 = 0,27 (W/m.0C) q1 là mật độ dòng nhiệt trên bề mặt dây quấn. q1 = 1350,38 W/m2 Vậy: 01 101 c®1 q . 1350,38.0,0004 2 C 0,27 δθ = = ≈λ Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 66 Nhiệt độ chênh trung bình 001tb 01 2 1,33 C 3 θ = θ = b. Đối với dây quấn cao áp không có rãnh dầu ngang ( )2 002 1 2 tb Pa C 8 θ = θ − θ = λ Trong đó a= 0,0301 (m): Chiều dày của dây quấn. ( ) 2 2 8 1 d P 1,68. .10 d' d' −Δ= + δ (W/m 3) Với: d = 1,5.10-3 (m) d’ = 1,6.10-3 (m) Δ = 3,43.106 (A/m2) δ1 = 0,84.10-3 (m): Chiều dày cách điện ⇒ ( ) ( )( ) ( ) 2 26 3 3 3 3 3,42.10 . 1,5.10 P 1,68. 113912,12 W / m 1,6 0,84 .10 .1,6.10 − − −= =+ ( )1 tb 1 1 d' ; d' 1λ + δλ = λδ + λ (W/m. 0C) Với λ1 = 0,27 (W/m0C): Suất dẫn nhiệt của cách điện giữa các lớp tra theo bảng 54 Phan Tử Thụ. c® 0,7. λλ = α : Suất dẫn nhiệt bình quân qui ước của dây quấn. ( ) 2 3 1,6 1,5 .10d' d 0,0666 d 1,5.10 − − −−α = = = Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 67 ⇒ 0,27 1,501 0,7. 0,666 λ = = ⇒ ( ) ( )3 0tb 3 31,501.0,27 1,6 0,84 .10 0,583 W / m C1,501.0,84.10 0,27.1,6.10 − − − +λ = =+ Vậy: 2 2 0 02 tb Pa 113912,19.0,0301 22,12 C 8 8.0,583 θ = = =λ Trên thực tế: Đối với dây tròn người ta thường không quan tâm tới điểm nhiệt độ lớn nhất mà quan tâm chủ yếu tới nhiệt độ chênh trung bình. 002tb 02 2 2 22,12 14,74 C 3 3 θ = θ = = 2. Nhiệt độ chênh giữa mặt ngoài dây quấn đối với dầu θ0d a. Đối với dây quấn hạ áp 0,60d1 1K.qθ = Trong đó: K = 0,285 q1 : Mạt độ dòng nhiệt của dây quấn (W/m2) q1 = 1350,38 (W/m2) 0,6: Chỉ số lũy thừa kinh nghiệm Vậy θ0d1 = 0,285. 1350,380,6 = 21,530C b. Đối với dây quấn cao áp 0,60d2 2K.qθ = = 0,285. 1045,560,6 = 18,460C 3. Nhiệt độ chênh trung bình của dây quấn với dầu 00d1tb 0b1 0d1 1,33 21,53 22,86 Cθ = θ + θ = + = Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 68 00d1tb 02tb 0d2 14,74 18,46 32,2 Cθ = θ + θ = + = 4. Nhiệt độ chênh giữa dầu và vách thùng dầu Thường chọn: θdt = (3 – 6)0C Ta chọn θdt = 40C Còn hiệu số nhiệt độ trong chiều dày của vách thùng hay ống khoảng chừng 10C do đó trong tính toán thường bỏ qua. 5. Nhiệt độ chênh giữa vách thùng và không khí θtk = θdk - θdt Như ta đã biết độ chênh lệch nhiệt độ lâu dài cho phép của dây quấn với môi trường xung quanh khi tải định mức là 600C. Do đó nhiệt độ trung bình giữa dầu đối với không khí là: 0dk 02dtb60θ = − θ 0dk 60 32,2 26,8 Cθ = − = Vậy θtk = 26,8 – 4 = 22,8 Trị số θdk tính ra phải thỏa mãn ( ) 0dt tk 50 Cδ θ + θ ≤ Hay δ. θd.k ≤ 500C Trong đó: δ = 1,2 là hệ số xác định bởi tỷ số giữa nhiệt độ chênh của dầu đối với không khí lúc lớn nhất với trị số trung bình Vậy 1,2. 26,8 = 32,160C ≤ 500C 6. Nhiệt lượng từ mặt vách thùng truyền ra không khí xung quanh theo hai đường. - Một bộ phận truyền r theo phương pháp đối lưu. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 69 4®l h tkq K.K= θ Trong đó: K = 2,5 là hệ số kể đến ảnh hưởng của chiều cao thùng và áp suất khí quyển. Kh = 1,4 là hệ số kể đến qh của hình dáng của thùng (bảng 56) θt.k = 22,80C Vậy qdl = 2,5.1,4. 4 22,8 = 7,64 (W/m20C) - Một bộ phận truyền ra theo phương pháp bức xạ 44bx tkq 2,8. 2,8. 22,8= θ = = 6,11 (W/m0C) 7. Tiêu chuẩn về nhiệt độ chênh và yêu cầu nhiệt đối hoá đối với máy biến áp. ở những vùng khí hậu nhiệt đới ẩm, lấy nhiệt độ trung bình cực đại hàng năm của môi trường xung quanh là +400C với độ ẩm tương đối là 90±5% (khi nhiệt độ xung quanh là +350C), khi đó nhiệt độ chênh của các bộ phận của máy biến áp so với nhiệt độ của môi trường xung quanh không được vượt quá giá trị ghi dưới đây. Các bộ phận trong máy biến áp Nhiệt độ chênh cao nhất (0C) Phương pháp đo Dây quấn 65 Điện trở Bề mặt lõi sắt và các chi tiết kết cấu 70 Nhiệt kế Lớp dầu mặt trên cùng 60 Nhiệt kế Ngoài ra ở bình giãn dầu phải để chất hút ẩm silicagen để hút hết khí ẩm, tăng tuổi thọ cho dầu, cho cách điện. Nên thiết kế một loại ống sứ đặc biệt riêng cho vùng nhiệt đới và bộ phận chống sét cần phải được tăng cường. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 70 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 71 CHƯƠNG VII: TÍNH TOÁN NHIỆT CỦA THÙNG DẦU VII.1. TÍNH TOÁN NHIỆT CỦA THÙNG DẦU Thùng dầu đồng thời là vỏ máy của máy biến áp, trên đó có đặt các chi tiết máy rất quan trọng như sứ ra của các dây quấn cao áp và hạ áp, ống phòng nổ, bình giãn dầu… vì vậy thùng dầu ngoài yêu cầu phải tản nhiệt tốt còn phải bảo đảm các tính năng về điện (như bảo đảm khoảng cách cho phép giữa dây quấn với vách thùng), có độ bền cơ học đảm bảo, chế tạo lại đơn giản và có khả năng rút gọn được kích thước bên ngoài. 1. Chọn loại thùng Theo bảng 57 ta chọn loại thùng vách kiểu cánh sóng 2. Chọn các kích thước tối thiểu bên trong của thùng Đối với máy biến áp có cấp điện áp dây quấn cao áp đến 110KV, dây dẫn ra cuộn cao áp đặt giữa gông và vách thùng thì A, B được tính như sau: a. Chiều rộng tối thiểu của thùng. B = D’’2 + 0,8 (m) Trong đố: D’’2 = 0,3447 (m) Vậy: B = 0,3447 + 0,8 = 1,1447 (m) b. Chiều dài tối thiểu của thùng A ≈ 2C + D’’2 + 0,8 (m) Trong đó: C = 0,3672 là khoảng cách hai tâm trụ A = 2. 0,3627 + 0,3447 + 0,8 = 1,87 (m) c. Chiều cao của thùng gồm 2 phần H = H + H2 (m) Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 72 + H1 là khoảng cách từ đáy thùng đến hết chiều cao lõi sắt H1 = bt + hg + n.10-3 Trong đó: n = 2 (mm) là chiều dày tấm lót dưới gông lt = 0,475 (m): chiều cao trụ bgg g T h b = Tbg = 0,02962 (m2) bg = 2(0,022 + 0,026 + 0,015 + 0,011 + 0,018) bg = 0,18 (m): Chiều rộng của gông ⇒ ( )g 0,02962h 0,16 m0,184= = Vậy: H1 = 0,475 + 2. 0,16 + 0,03 = 0,825 (m) + H2: khoảng cách tối thiểu từ gông đến vách thùng H2 = 1,5. 300 = 450 mm = 0,45 (m) Vậy H = 0,825 + 0,45 = 1,275 (m) 3. Sơ bộ tính diện tích bề mặt bức xạ của thùng dầu Đối với thùng có đáy chữ nhật Mbx = Mcn. K = 2 (A + B). H. K (m2) Trong đó: Mcn = 2 (A + B). H là diện tích mặt thùng phẳng đáy chữ nhật. K = 1,4: hệ số kể đến ảnh hưởng của hình dáng mặt thùng (bảng 59) Vậy Mbx = 2.(1,87 + 1,1447). 1,275. 1,4 = 10,76 (m2) 4. Diện tích bề mặt đối lưu của thùng dầu Căn cứ vào tổn hao, vào nhiệt độ chênh giữa vách thùng và môt trường xung quanh ta xác định được Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 73 ( )' 2®l bx1,25 t.k 1,05 P M 1,25M ; m 2,5. = −θ ∑ ∑P = Pn + P0 = 5458,72 + 1074,35 = 6533,07 (W) θt.k = 22,80C Vậy: ( ) ( )' 2®l 1,25 1,05.6533,07 M 1,12.10,76 43,01 m 2,5. 22,8 = − = VII.2. THIẾT KẾ THÙNG DẦU Căn cứ vào bề mặt bức xạ và đối lưu của thùng vừa tính sơ bộ ở trên để thiết kế thùng dầu, thùng dầu có chiều rộng 1,147 (m), chiều dài 1,87 (m), chiều cao 1,275 (m), hình dáng mặt thùng có bộ tản nhiệt kiểu vách sóng. Kiểu này gần đây được dùng rất phổ biến cho các máy công suất từ 100 đến 630 KVA vì loại thùng này chế tạo đơn giản, cánh sóng có thể uốn tròn đầu hay ghép hai mép bằng kỹ thuật hàn tiếp xúc lăn. Có thể dùng bình giãn dầu hoặc không. Khi không có bình giãn dầu thì dầu có thể giãn nở tự do trong cánh sóng nhờ độ đàn hồi củ cánh, thùng hoàn toàn kín. Chọn bộ tản nhiệt có vách dạng cánh sóng đầu tròn. b c a t Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 74 1. Bề mặt bức xạ của vách thùng cánh sóng Mbx.s = [[2 (A + B) + π (B + 2b.10-3]]. Hs Trong đó; b = 300mm là chiều sâu lớn nhất của cánh sóng Hs = H – 0,1 = 1,275 – 0,1 - = 1,175 (m): Chiều cao của cánh A = 1,8 (m); B = 1,1447(m) Vậy: Mbx.s = [2. (2,87 – 1,1447) + 3,14 (1,1447 + 2. 300.10-3)’’Hs Mbx.s = 6,928. 1,174 = 8,14 (m2) 2. Bề mặt đối lưu của thùng cánh sóng Mđl.s = m. ls. Ks. Hs Trong đó: Ks là hệ số tính đến mức độ đối lưu khó khăn của không khí giữa các cánh sóng Ks = 2 1 190 α− b a α = Chọn C = 20 mm: Chiều rộng tối thiểu của khe dầu mà a c = 2,5 ⇒ a = 2,5C ⇒ A = 50 (mm) = 0,05 (m): chiều rộng khe không khí ⇒ 0,3 6 0,05 α = = ⇒ 2 s 6 K 1 0,81 190 = − = Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 75 + t = (a + b + 2 δ): chiều dài 1 bước sóng Trong đó: δ = 1,0mm = 0,001 (m) (chiều dày tôn) ⇒ t = 0,05 + 0,02 + 2. 0,001 = 0,072 (m) + Chiều dài khai triển 1 cánh sóng ( )s c cl 2 b t c2 2 ⎡ ⎤⎛ ⎞= − + − + π⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦ ( )s 0,02 0,02l 2 0,3 0,072 0,02 3,14.2 2⎡ ⎤= − + − +⎢ ⎥⎣ ⎦ ls = 0,6634 (m) + Số lượng cánh sóng ( )2 A B B m t ⎡ ⎤− + π⎣ ⎦= ( )2 1,87 1,447 3,14.1,1447 m 71 0,072 − += = cái Vậy Mđl.s = 71. 0,6634. 0,81. 1,175 = 44,83 (m2) 3. Bề mặt bức xạ toàn phần của thùng cánh sóng Mbx = Mbx.s + Mt + 0,5Mn Trong đó: Mt = 0,1t.m = 0,1. 0,072. 71 = 0,5112 (m2) Mt là bề mặt phần vách trên của thùng không có cánh sóng Mn là bề mặt nắp thùng ( )nn n n nbM b l b4 π= + − : Bề mặt hình học của nắp thùng Với: bn = B + 2 bv = 1,1447 + 2. 0,1 = 1,35 (m) ln = A + 2bv = 1,87 + 2. 0,1 = 2,08 (m) Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 76 bn: Chiều rộng nắp thùng ln: Chiều dài nắp thùng bv = 0,1 (m): Chiều rộng vành nắp thùng ⇒ ( )n 3,14.1,35M 1,35 2,07 1,354= + − = 2,032 (m2) Hệ số 0,5 kể đến sự che khuất bề mặt nắp thùng do các chi tiết máy đặt trên nắp. Vậy Mbx = 8,14 + 0,5112 + 0,5. 2,032 = 9,67 (m2) 4. Bề mặt đối lưu toàn phần của thùng cánh sóng Mđl = Mđl.s + Mt + 0,5 Mn Mđl = 44,83 + 0,5112 + 0,5. 2,032 = 46,36 (m2 VII.3. TÍNH TOÁN CUỐI CÙNG NHIỆT ĐỘ CHÊNH CỦA DÂY QUẤN VÀ DẦU CỦA MÁY BIẾN ÁP. Sau khi đã thiết kế được những kích thước cơ bản của thùng dầu, tính toán Mbx, Mđl của thùng cần phải kiểm tra lại nhiệt độ chênh thực tế của dây quấn và dầu đối với không khí. 1. Nhiệt độ chênh của thùng đối với không khí. ( ) 0,8 0 n t.K bx ®l 2 p P 2,8M 2,5M ⎡ ⎤+θ = ⎢ ⎥+⎣ ⎦ Trong đó: K = 1,05 vì tính toán 1 máy biến áp ( ) 0,8 0 t.K 1,05 1044,35 5458,72 22,85 C 2,8.9,67 2,5.46,36 ⎡ ⎤+θ = =⎢ ⎥+⎣ ⎦ Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 77 2. Nhiệt độ chênh của dầu sát vách thùng so với thùng ( ) 0,6 0 n d.t 1 ®l K p P K .0,165 M ⎡ ⎤+θ = ⎢ ⎥⎢ ⎥⎣ ⎦∑ Trong đó: K1 = 1: khi làm lạnh bằng dầu tự nhiên K = 1,05 P0 = 100W, Pn = 5458,72 (W) Mđl = 7,11 ( ) 0,6 0 d.t 1,05 1074,35 5458,72 0,165 3,3 C 46,36.46,36 ⎡ ⎤+θ = =⎢ ⎥⎣ ⎦ 3. Nhiệt độ chênh của dầu so với không khí. ' 0d.k d.t t .k 3,3 22,85 26,15 Cθ = θ + θ = + = 4. Nhiệt độ chênh của lớp dầu trên so với không khí phải đạt tiêu chuẩn. θd.k = δ(θdt + θt.k) = 1,2. 26,15 = 31,380C Vậy θd.k = 31,38 ≤ 500C (thoả mãn) 5. Nhiệt độ chênh của dây quấn với không khí phải đạt tiêu chuẩn. θ0.k = θ0dtb + θ’d.k ≤ 600C + Đối với dây quấn hạ áp θ01.k = θ0d1tb + θ’d.k = 22,86 + 26,15 = 49,01 ≤ 600C + Đối với dây quấn cao áp θ02.k = θ0d2tb + θ’d.k = 32,2 + 26,15 = 58,35 ≤ 600C Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 78 CHƯƠNG VIII: XÁC ĐỊNH SƠ BỘ TRỌNG LƯỢNG RUỘT MÁY, VỎ MÁY, DẦU VÀ BÌNH GIÃN DẦU Ruột máy, vỏ máy, dầu và bình giãn dầu của máy biến áp chỉ có thể tiến hành được sau khi đã hoàn thiện thiết kế đầy đủ các chi tiết của máy biến áp. Nhưng với những tính toán ở trên cũng có thể xác định sơ bộ được trọng lượng của máy, rất cần thếit cho việc tính toán kinh tế khi cần phải đánh giá các phản ứng thiết kế. 1. Trọng lượng ruột máy (phần tác dụng) tức là toàn bộ lõi sắt có các dây quấn và dây dẫn ra (từ nắp máy) có thể xác định gần đúng. Gr = 1,2 (Gdq + G1) ; (Kg) Trong đó: Gdq là trọng lượng toàn bộ dây quấn và dây dẫn ra Gdq =GCu1 + GCu2 + Gr1 + Gr2 Gdq = 87,13 + 111,5 + 4,634 + 0,085 = 203,35 (kg) G1: Trọng lượng của lõi sắt G1 = GT + Gg = 303,3 + 370,15 = 673, 5(Kg) Ta có hệ số trọng lượng máy tăng thêm do cách điện và kết cấu khác bằng 1,2 Vậy Gr = 1,2 (203,35 + 673,5) = 1052,3 (Kg) 2. Trọng lượng dầu Gd = 1,05 [(vt – vr) + Vcs]. γdầu Trong đó: vr là thể tích ruột máy ( )2rr r G v ; m= γ Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 79 Với γrCu = 5500 Kg/m3: Tỷ trọng trung bình của ruột máy ⇒ ( )3r 1052,3v 0,19135 m5500= = = 191,35(dm3). Vt: thể tích bên trong của thùng dầu phẳng Vì là đáy hình chữ nhật nê vt = A. B. H = 1,87. 1,1447. 1,274 = 2,73 (m3) hay vt ≈ 2730 (dm3) ( ) 2cs sCV 71 C b c H8 ⎡ ⎤π= − +⎢ ⎥⎣ ⎦ ( ) 2cs 0,02v 71 0,02 0,3 0,02 1,1758 ⎡ ⎤π= − +⎢ ⎥⎣ ⎦ vvs = 0,48 (m3) Vậy trọng lượng toàn bộ của dầu Gd 1,05[2,73 – 0,19135 + 0,48].0,9.103 Gd = 456,14 (Kg) 3. Bình giãn dầu. Theo quy định máy có dung lượng 100KVA trở lên đều có bình giãn dầu. Bình giãn dầu thường dùng hép hàn chiều dày 1 – 3mm và được đặt nằm ngay trên nắp thùng. Đối với loại thùng phẳng: Chiều dài bình giãn dầu: lgd =≤ 1,1447 (m) 4. Đường kính bình giãn dầu Vg = (7 ÷10%) thể tích dầu trong thùng Vg = 0,7. Vd Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 80 Mà Vd = Vt - Vr = 2,73 – 0,19135 = 2,538 (m3) Vậy đường kính bình giãn dàu là: ( )g gd 4.V 4.0,177 d 0,1969 m .l 3,14.1,1447 = = =π 5. Khối lượng bình giãn dầu Sxqgd = 2. π. R. lgd = 2. π.0,9845. 1,1447 = 0,7 (m2) Chọn thùng giãn dầu có bề dầy 1,5 (mm) ⇒ Vgd = Sxqgd. 0,0015 = 0,00105 (m3) Vậy trọng lượng bình giãn dầu Gd = Vgd. γFe với γFe = 7850 Kg/m3 ⇒ Gd = 0,00105. 7850 = 8,243 (Kg) Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 81 PHẦN CHUYÊN ĐỀ: TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ MỚI CỦA CÔNG TY LIÊN DOANH CHẾ TẠO BIẾN THẾ ABB Trong những năm gần đây công ty liên doanh chế tạo máy biến áp ABB đã đưa vào Việt Nam một số công nghệ mới áp dụng cho máy biến áp phân phối và đã đạt được một số hiệu quả đáng kể. Sau đây tôi xin giới thiệu và phân tích một số ưu nhược điểm của chúng. 1. MẠCH TỪ Công ty ABB được trang bị máy cắt tôn tự động theo chương trình có khả năng cắt chéo góc các lá tôn với các góc cắt tuỳ ý. Kết cấu ghép các lá tôn thành lõi ở các góc được ghép mối nối nghiên nên giảm được tổn hao không tải. Xét trường hợp máy không tải ta có: - Theo công thức (5-19) của tài liệu “Thiết kế máy biến áp điện lực” ta có: Po = Kgp. Ktp. Kcp. Ktp [Pt. Gt + Pg (Gg – Kd. Gg) + Pr Pg+ . Gg. (Kn . K’pg) + ΣPk. ηk. Tk] = Kgp. P’0. Với Kgp được xác định theo bảng 43 – “Thiết kế máy biến áp điện lực” thì: Với mối nối thẳng: Kgp = 1,9. Với mối nối nghiêng: Kgp = 1,28. Tương tự như vậy với công suất từ hoá không tải Q0 ta có: Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 82 Q0 = Kgi. Q’0 Đáp ứng tiến độ việc sản xuất theo đơn đặt hàng của khách hàng. Tôn nhà máy được nhập từ một số nước tư bản phát triển như Nhật, Thuỵ Điển hoặc Mỹ có chiều dầy 0,27 thuộc loại tôn cán nguội bất đẳng hướng. Việc thiết kế tiết diện của trụ không phải là hình tròn như thông thường các nước khác vẫn làm mà là hình Ovan, rất ít bậc. Ưu điẻm của loại mạch từ kiểu này là đơn giản do ít cỡ lá tôn và không phức tạp khi ghép thành lõi, tạo được các rãnh dầu lớn trong lõi. Nhược điểm của loại này là hệ số lấp đầy thấp, việc tận dụng không gian trong máy không triệt để nên chi phí dây đồng sẽ tăng lên. Theo kiểu này rất có lợi trong công nghệ sản xuất máy biến áp phân phối theo hình thức đặt hàng vì năng suất cao, thời gian chế tạo ngắn. Việc ghép mạch từ ở đây cũng có điểm khác với lối ghép kinh điển trước đây. Mạch từ ở đây được ghép đứng (trước đây vẫn thường ghép ở trạng thái nằm ngang) nên không phải ghép trước gông trên và không thể nhầm lẫn vì nếu ghép lẫn lá tôn sẽ không vào được. Chính vì phương pháp ghép này mà năng suất ghép sẽ tăng lên do bỏ được thao tác ghép gông trên và tháo ra ghép lại khi lắp cuộn dây. Ngoài việc tăng năng suất ra kiểu ghép này cũng hạn chế được tổn hao không tải do sự vỗ, đập gõ, tháo ra lắp vào làm biến tính và trầy xước sơn cách điện của các lá tôn silic. Lõi được ghép trong một đồ gá nên ghép đến đâu chặt đến đấy nên việc giám sát khe hở của các mối nối rất dễ dàng. Cùng với việc cắt tôn trên máy tự động có độ bavia thấp, hệ số ép chặt cao đây cũng là một yếu tố làm cho dòng không tải giảm rất nhiều so với tiêu chuẩn Việt Nam hiện nay (bằng 1/3 đến một nửa). Cuối cùng là việc ép mạch từ cũng đã có những thay đổi so với công nghệ Việt Nam. Mạch từ được ép giữ nhờ một lớp nhựa mỏng quét lên trên Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 83 bề mặt ngoài. Giữa các lá tôn bây giờ cũng có một lớp nhựa mỏng nên các lá tôn được liên kết chặt mà không cần phải ép giữa bằng đai hoặc chèn bằng gỗ. Công nghệ này có ưu điểm làm cho tổn hao sắt giảm vì các lá tôn không bị biến tính do ép quá chặt hoặc do đột lỗ. Nhược điểm của công nghệ này là khi cần sửa chữa mạch từ sẽ gặp phải khó khăn do phải gỡ lớp nhựa này. 2. DÂY QUẤN. Sự đổi mới trong công nghệ chế tạo dây quấn cở công ty ABB thể hiện trong các khía cạnh sau: - Đầu tư máy quấn tự động có điều khiển theo chương trình. Với việc sử dụng máy quấn dây kiểu này năng suất quấn dây tăng, chất lượng quấn ổn định tuy nhiên chủ yếu quấn hai loại dây quấn chủ yếu là dây quấn hình trụ nhiều lớp dây dẫn tròn và dây quấn từ băng đồng tức chỉ quấn các máy biến áp phân phối cỡ không lớn. - Sử dụng kiểu dây quấn từ băng đồng. Theo phương pháp này các cuộn dây hạ áp ít vòng, có tiết diện lớn có thể quấn từ các băng đồng tấm có chiều rộng bằng chiều cao cuộn day. Như vậy trong trường hợp này chiều cao một vòng dây đúng bằng chiều cao dây quấn. Đồng được sử dụng ở đây là đồng cuộn M1 trần (chưa cách điện). Khi quán thường người ta quấn cùng với một băng cách điện có chiều rộng lớn hơn một ít. Quấn theo phương pháp này thực chất là quấn theo kiểu đồng tâm (vòng sau chồng lên vòng trước). Tấm cách điện đóng vai trò là cách điện vòng dây. - Để lấy đầu vào và ra của cuộn dây người ta hàn vào đầu và cuối băng đồng các thanh đồng (thanh cái). Việc hàn một thanh cái đồng có tiết diện tập trung lớn vào một lá đồng mỏng được thực hiện bằng thiết bị hàn hồ quang trong khí bảo vệ (CO2) để đảm bảo cho lá đồng không bị quá nhiệt và cháy. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 84 - Cách điện dùng trong trường hợp này là giấy cáp hoặc giấy điện thoại có chiều dày khác nhau được in lên một lớp nhưạ cách điện. Sau khi quấn xong đem gia nhiệt lớp nhựa này chảy ra và dính vào tấm đồng làm thành một khối đồng nhất, vừa đảm bảo cơ tính tốt vừa đảm bảo toả nhiệt tốt. Ưu điểm của kiểu dây quấn này là đơn giản trong công nghệ chế tạo, lực ngắn mạch phân bố đều nên độ bền điện động cao. Ngoại trừ việc hàn thanh cái đồng vào tấm mỏng càn có thiết bị công nghệ đắt tềin ra việc quấn cuộn dây này có năng suất cao hơn nhiều so với kiểu dây quấn hình trụ, dây dẫn chữ nhật hoặc dây quấn hình xoắn. Việc in các đám nhựa lên giấy cách điện không khó. Nhược điểm của kiểu dây quấn này là tản nhiệt khó nên dễ bị nóng cục bộ nếu số vòng dây của dây quấn nhiều. Việc sửa chữa cũng sẽ khá phức tạp vì phải làm sạch lớp nhựa và lớp giấy trên tấm đồng. Phạm vi ứng dụng của loại dây quấn này tương đối rộng. Phạm vi ứng dụng chủ yếu bị giới hạn độ dầy của tấm đồng. Nếu tấm đồng mỏng quá khi hàn vào thanh cái đồng sản xuất khó, dễ bị cháy, tàn nhiệt sẽ khó khăn hơn, thông thường chiều dày tấm đồng không nhỏ quá 0,1mm. Thông thường kiểu dây quấn này có thể áp dụng cho các máy có điện áp 0,4KV, công suất từ 20KVA đến 300KVA. 3. VỎ MÁY BIẾN ÁP. Vỏ máy biến áp phân phối được làm theo kiểu có nhiều cánh tản nhiệt “múi khế”, không có bình giãn dầu và ống phòng nổ. Công nghệ chế tạo loại vỏ này đơn giản và rất dễ tự động hoá. Người ta sản xuất các tấm thép kiểu “múi khế” có chiều rộng và chiều dài bất kỳ, tuỳ theo vỏ lớn hay cao bao nhiêu thì cắt và hàn lại cho đủ. Như vậy công nghệ chủ yếu trong chế tạo vỏ thùng này là ép để tạo cánh tản nhiệt trên tôn và công nghệ hàn. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 85 Vì tôn mỏng và để đảm bảo hàn kín dầu nên ở đây người ta áp dụng công nghệ hàn hồ quang trong khí bảo vệ. Máy biến áp sử dụng loại vỏ này có đặc điểm là không cần bình giãn dầu (bình dầu phụ) vì khi nóng lên lượng dầu nở ra được chứa hết vào các cánh tản nhiệt lúc này cũng nở ra do tăng áp suất. Khi máy nguội lượng dầu giảm, áp suất trong thùng cũng giảm và cánh tản nhiệt lúc này cũng thu lại như cũ. Như vậy dầu được nạp đày và trong bình không có không khí nên hoàn toàn loại trừ các hiện tượng hút ẩm, oxy hoá dầu như vẫn thường xảy ra trong các máy biến áp thông thường. Việc nạp dầu vào máy biến áp ở công ty ABB được thực hiện bằng các thiết bị nạp dầu chân không,sau khi máy biến áp được sấy khô cũng trong lò sấy chân không. Với tất cả những cải tiến đã nêu trên công ty ABB đã thu nhỏ đáng kể các máy biến áp phân phối hiện đang được sản xuất tại nhà máy của công ty. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 86 MỤC LỤC Trang Lời nói đầu ....................................................................................................... 1 Chương I: Khái niệm chung về thiết kế máy biến áp .................................. 3 I.1. Đại cương ................................................................................................ 3 I.2. Định nghĩa và nguyên lý làm việc. ......................................................... 4 I.3. Các đại lượng định mức .......................................................................... 7 1.4. Sử dụng vật liệu trong chế tạo................................................................ 8 1.5. Các kết cấu chính của máy biến áp. ..................................................... 10 1.6. Mục đích yêu cầu và nhiệm vụ. ........................................................... 12 Chương II: Tính toán các kích thước chủ yếu. .......................................... 14 II.1. Xác định các đại lượng cơ bản ............................................................ 14 II.2. Chọn các số liệu xuất phát và tính các kích thước chủ yếu. ............... 15 Chương III: Tính toán dây quấn máy biến áp ........................................... 30 III.1. Các yêu cầu chung ............................................................................. 30 III.2. Tính toán dây quấn hạ áp ................................................................... 42 III.3. Tính toán dây quấn cao áp ................................................................. 45 Chương IV: Tính toán các tham số ngắn mạch ......................................... 49 IV.1. Tổn hao ngắn mạch ............................................................................ 49 IV.2. Xác định điện áp ngắn mạch .............................................................. 51 IV.3. Tính lực cơ bản của dây quấn. ........................................................... 52 Chương V: Tính toán cuối cùng về hệ thống mạch từ ............................... 57 V.1. Xác định các kích thước cụ thể của lõi sắt. ......................................... 57 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 87 V.2. Tính tổn hao không tải ........................................................................ 60 Chương VI: Tính toán nhiệt của máy biến áp ........................................... 65 Chương VII: Tính toán nhiệt của thùng dầu ............................................. 71 VII.1. Tính toán nhiệt của thùng dầu .......................................................... 71 VII.2. Thiết kế thùng dầu ............................................................................ 73 VII.3. Tính toán cuối cùng nhiệt độ chênh của dây quấn và dầu của máy biến áp. ........................................................................................................ 76 Chương VIII: Xác định sơ bộ trọng lượng ruột máy, vỏ máy, dầu và bình giãn dầu ................................................................................................. 78 2. Trọng lượng dầu .................................................................................. 78 3. Bình giãn dầu. ..................................................................................... 79 4. Đường kính bình giãn dầu ................................................................... 79 5. Khối lượng bình giãn dầu.................................................................... 80 Phần chuyên đề: Tìm hiểu công nghệ mới của công ty liên doanh chế tạo biến thế abb ............................................................................................. 81 1. Mạch từ ................................................................................................... 81 2. Dây quấn. ................................................................................................ 83 3. Vỏ máy biến áp. ...................................................................................... 84