Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu

ộ 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