Thiết kế máy biến áp thử nghiệm

i là tôn cán lạnh để giảm dòng từ hố trong lõi thép. Chọn mật độ từ cảm trong trụ thấp để điện áp không bị biến dạng nhiều trong đo lường. Mục đích ít gây sai số. Do đó chọn tôn cán lạnh mã hiệu 3404. Có chiều dày mỗi lá tôn là 0,35 (m). Theo tài liệu số 2 – trang 260. thường chọn BT = (1 ÷ 1,2) Tesla. Đối với máy biến áp thử nghiệm do đó ta chọn sơ bộ BT = 1,1 (Tesla). Theo bảng 45 – 50 – tài liệu số 1 – ta có suất tổn hao của trụ và suất từ hố của trụ: + Suất tổn hao của trụ: PT = 0,575 (W / kg) + suất từ hố của trụ: qT = 0,65 (Var / kg) - Theo bảng 4 – trang 186 – tài liệu số 1: Với S = 20 (kVA) • Ta chọn hệ số bậc thang trong trụ là 6 bậc. • Hệ số chèn kín kc = 0,89 Trụ Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm 53 Hình 4.3 + Với tôn mã hiệu 3404 dày δ = 0,35 (mm) có hệ số đầy rãnh kđ = 0,97 + Hệ số lợi dụng lõi thép: KL = kc . kđ = 0,89.0,97= 0,86 - Mật độ từ cảm của gông: g T g k B B = Trong đó: BT = 1,1 (T) – mật độ từ cảm trong trụ kg = 1,02 – hệ số tăng cường gông (bảng 6 – trang 187 - tài liệu 1) )(08,11,02 1,1 B Tg == + Theo bảng 45 – 50- tài liệu số 1: • Suất tổn hao của gông: Pg = 0,555 (W/ kg) • Suất từ hố của gông: qg = 0,628 (VAr/ kg) 4. Chọn hệ số β: Với công suất từ 20 ÷ 650 (kVA) máy biến áp làm mát bằng dầu. Máy biến áp điện lực thông thường β thường vào khoảng (1,2 ÷ 1,6) Cần chọn β sao cho tỉ lệ đồng và sắt phù hợp với nhau. Nhưng trong thiết kế máy biến áp thử nghiệm cần phân bố cuộn dây dọc theo chiều trụ sao cho phân bố điện trường đều đặn trên máy. Nên máy phải có hình dáng cao. Sơ bộ chọn β = 1,2 . 4. Các hằng số tính tốn gần đúng: Tra bảng 13 – 14 – trang 91 – tài liệu 1: a = 1,4 b = 0,55 5. Hệ số tổn hao phụ trong dây quấn kf: Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm 54 Tra bảng 15 – trang 191 – tài liệu số 1: kf = 0,97 6. Đường kính sơ bộ trụ: Theo công thức (2 – 38) tài liệu số 1: 4 22 t . ... ..S .16 d LTux rr kBUf ka β= Trong đó: St = 20 (kVA) – công suất trụ của máy ar = 3,76 (cm) – chiều rộng quy đổi rảnh từ tản kr = 0,95 - hệ số Rogopski β = 1,2 – hệ số hình dáng f = 50 (Hz) - tần số điện lưới Unx = 3,7% - thành phần phần trăm điện áp ngắn mạch phản kháng. BT = 1,1 (T)- mật độ từ cảm trong trụ. KL = 0,86 - hệ số lợi dụng. Thay vào ta được. 4 22 .86,0.1,1.7,3.50 95.1,220.3,76.0, .16 d = = 13,75(cm). d chuẩn. d = 14(cm). 9. Tính lại BT: 4 22.86,0.7,3.50 2,1.95,0.76,3.2016 14 TB = BT =1,03 (Tesla) 10. Đường kính rãnh dầu sơ bộ: d12 = a.d Trong đó: a = 1,4 – Hằng số tính tốn. d = 14 (cm) – Đường kính trụ d12 = 1,4.14 = 19,6 (cm) 11. Chiều cao dây quấn sơ bộ: β 12. dl Π= = 2,1 6,19.14,3 = 51,28(cm) Trong đó: d12 = 19,6 (cm) Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm 55 β = 1,2 12. Tiết diện hữu hiệu của trụ: 12. .T L dT K β= Π (cm2) Trong đó: KL = 0,86 – hệ số lợi dụng d = 14(cm)- đường kính trụ ( )2 23,14.140, 86. 132, 3 cm4TT = = §4.2 Tính tốn dây quấn. I. Dây quấn hạ áp: 1. Sức điện động của một vòng dây: UV = 4,44.f.BT. TT.10-4(v) Trong đó: f =50 (Hz) – Tần số điện lưới BT =1,1 (Tesla) – Mật độ từ cảm trong trụ TT =132,3 (cm2) - Tiết diện trụ UV = 4,44.50.132,3.1,1.10-4 = 3,23(V) 2. Số vòng dây của dây quấn hạ áp: Theo công thức(3-5)-tài liệu 1: vu uw 11 = (vòng) Trong đó: U1 = 220 (V) – Điện áp định mức phía hạ áp. Uv = 3,23 (V) – Sức điện động một vòng dây. 1 220 68 3, 23 w = = (vòng) 3. Điện áp thực của mỗi vòng dây: )(23,3 68 220 1 1 V W uU v === 4. Mật độ dòng điện trung bình của dây quấn: Theo công thức(3 - 2) - tài liệu số 1: Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm 56 )/( . ...764,0 2 12 mmA dS upk vnftb =Δ Trong đó: kf = 0,97 - Hệ số tổn hao phụ trong dây quấn. Pn = 510 (W) – Tổn hao ngắn mạch. Uv =3,23 (V) – Điện áp trên mỗi vòng dây S = 20 (kVA) – Công suất máy biến áp. d12 = 19,6 (cm) – Đường kính rãnh dầu sơ bộ 2 tb 510.3, 23 Δ 0, 764.0,97. 3,1(A/mm ) 20.19, 6 = = 5. Tiết diện sơ bộ của một vòng dây của dây quấn hạ áp: Theo công thức(3 -10)- Tài liệu số 1: ' 21 1 tb IT (mm ) Δ = Trong đó: I1 = 90,9 (A) – dòng điện định mức phía hạ áp Δtb =3,1 (A / mm2)– Mật độ dòng điện trung bình của dây quấn. ' 2 1 90,9T 29,32(mm ) 3,1 = = Theo bảng38- tài liệu số 1: Với : S = 20 (kVA) I1 = 90,9 (A) U1 = 220 (V) T1 = 29,32 (mm2) Ta chọn kiểu dây quấn hình ống hai lớp, dây dẫn chữ nhật mã hiệu πcД 6. Số vòng dây trong một lớp: Theo công thức(3 – 8b)- tài liệu số 1: 1 11 WW n = (vòng) Trong đó: W1 =68 (vòng) – Số vòng dây của dây quấn hạ áp. n = 2 (lớp) – Số lớp dây trong cuộn hạ áp. 11 68W 34 2 = = (vòng) 7. Chiều cao hướng trục của mỗi vòng dây: Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm 57 Theo công thức(3 - 9)- tài liệu số 1: ' v1 11 lh W +1 = (cm) Trong đó: l = 51,28 (cm) – Chiều cao dây quấn sơ bộ. W11 = 34 (vòng) – Số vòng dây trong một lớp của dây quấn hạ áp. ' v1 51, 28h 1, 47(cm) 34 1 = =+ Hình 4.4 dây quấn hạ áp 8. Chọn dây: Căn cứ vào chiều cao hướng trục: h’v1 = 1,47 (cm) D’1 D”1 a11 a1 l02 l01 l1 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm 58 T’1 =29,32 (mm2) Theo bảng 22- tài liệu số 1: - Chọn hai dây đồng trần chữ nhật chập lại có cách điện dày 0,5 (mm). Quấn đứng sợi dây theo chiều trái. - Kích thước dây dẫn được viết như sau: v1 ' ' a.bn a .b ; Td1 Trong đó: nv1 =2 – Số sợi chập. a = 2,5 (mm); b = 6,3 (mm) – Kích trước dây trần. a’ = 3 (mm); b’ = 6,9 (mm) – Kích trước dây có cách điện. Td1 = 15,2 (mm2) – Tiết diện mỗi sợi dây. 9. Tiết diện thực của mỗi vòng dây quấn hạ áp: T1 = nv1.Td1 = 2.15,2 = 30,4 (mm2) 10. Chiều cao thực của mỗi vòng dây: hv1 = nv1.b’ = 2.0,69 = 1,38 (cm) 11. Mật độ dòng điện thực của dây quấn hạ áp: Theo công thức(3 - 12) - Tài liệu số 1: 21 1 1 I (A/mm ) T Δ = Trong đó: I1 = 90,9 (A) – Dòng điện định mức phía hạ áp. T1 = 30,4 (mm2) – Tiết diện của mỗi vòng dây quấn hạ áp. 2 1 90, 9 3(A/mm ) 30, 4 Δ = = 12. Chiều cao dây quấn hạ áp: Theo công thức(3 - 13) - Tài liệu số 1: l1 = hv1(W11 + 1) + 1 Trong đó: hv1 = 1,38 (cm) – Chiều cao thực của mỗi vòng dây W11 = 34 (vòng) – Số vòng dây trong một lớp. l1 = 1,38(34 + 1) + 1 = 49,3 (cm) 13. Bề dày dây quấn hạ áp: Theo công thức(3 – 14b)- Tài liệu số 1: Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm 59 a1= 2.a, + a11(cm) Trong đó : a, = 0,3 (cm) - Kích thước dây có cách điện a11 = 0,5(cm) - Khoảng cách làm lạnh giữa 2 lớp dây quấn. a1 = 2.0,3 + 0,5 = 1,1 (cm) 14. Đường kính trong của dây quấn hạ áp: Theo công thức(3 –15) - Tài liệu số 1: D’1= d + 2.a01 Trong đó: d = 14(cm) - Đường kính trụ a01 = 0,4(cm)- Khoảng cách cách điện từ trụ đến dây quấn hạ áp. D’1 = 14 + 2.0,4 = 14,8(cm) 15. Đường kính ngồi của dây quấn hạ áp: Theo công thức(3–16) - Tài liệu số 1: D”1 = D’1 + 2. a1 (cm) Trong đó: D’1 = 14,8(cm) - Đường kính trong dây quấn hạ áp. a1 = 1,1(cm) - Bề dày dây quấn hạ áp D”1 = 14,8 +2.1,1 = 17(cm) 16. Trọng lượng đồng dây quấn hạ áp : Theo công thức(4–7a) - Tài liệu số 1: Pcu1 = 2,4. Δ12. Gcu1 Trong đó: Δ1 = 3(A/mm2) - Mật độ dòng điện dây quấn hạ áp. ' " -51 1 Cu1 1 1 D +DG 28.t W .T .10 (kg) 2 = 5 Cu1 14,8 17G = 28.1. .68.30,4.10 9,2(kg) 2 −+ = II. Dây quấn cao áp: 1. Số vòng dây cuộn cao áp: 3 2 2 1 1 U 120.10W = W 68. 37091 U 220 = = (vòng) Trong đó : W1 = 68 (vòng) - Số vòng dây cuộn hạ áp. U2 =120 (kV) - Điện áp định mức cao áp. U1 =220 (V) - Điện áp định mức hạ áp. 2. Mật độ dòng điện sơ bộ: Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm 60 Theo công thức(3–30) - Tài liệu số 1 Δ2 ’ = 2. Δtb – Δ1 (A/mm2) Với : Δtb = 3,1 (A/mm2) - Mật độ dòng trung bình của dây quấn. Δ1 = 3 (A/mm2) - Mật độ dòng điện thực của dây quấn. Δ2 ’ = 2. 3,1 –3 = 3,2(A/mm2) 3. Tiết diện vòng dây sơ bộ: Theo công thức(3–31) - Tài liệu số 1 , 22 2 , 2 IT = (mm ) Δ Với: I2 = 0,166 (A) – Dòng điện phía cao áp. Δ2 ’ = 3.2 (A/ mm2) – Mật độ dòng điện sơ bộ. , 2 2 0,166T 0,052(mm ) 3,2 = = 4. Chọn dây: Vì dây quấn cao áp của máy biến áp thử nghiệm có tiết diện tương đối nhỏ. Do đó dây quấn phía cao áp của máy được chọn theo độ bền về cơ khí không chọn độ bền về điện và với mục đích đề phòng ngắn mạch nên dây quấn phía cao áp được chọn có tiết diện lớn hơn từ 2÷ 3 lần so với tiết diện sơ bộ. Theo bảng3. Tài liệu thiết bị điện tử công suất - Trần Văn Thịnh – Chọn dây đồng với mã hiệu лЭb0. Có đường kính d2 = 0,35(mm), tiết diện T2 = 0,09621 (mm2). Dây dẫn được tráng 2 lớp êmay có cách điện 0,15 (mm), chiều dày cách điện tính tốn lớn hơn 0,1 (mm). Có kể đến sự xếp không chặt của dây dẫn tròn. 5. Mật độ dòng điện thực: 22 2 2 I (A/mm ) T Δ = Trong đó: I2 = 0,166 (A) – Dòng điện phía cao áp. T2 = 0,09621 (mm2) – Tiết diện mỗi vòng dây quấn cao áp. 2 2 0,166 1,73(A/mm ) 0,09621 Δ = = 6. Kết cấu dây quấn: Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm 61 - Kết cấu dây quấn phải dựa trên cơ sở đảm bảo độ cách điện cao, vật liệu dễ kiếm, thuận tiện cho việc quấn dây. - Theo tài liệu 2 – Trang 91, điện áp lớn của mỗi bánh dây cao áp từ 100 (V) đến 200 (V). - Để tính tốn ta chọn giá trị điện áp làm việc giữa 2 lớp dây là 400V, cách điện bằng 2 lớp giấy cáp: 2.0,12 (mm). 7. Số vòng dây trong mỗi lớp bánh dây: 12 v 400 400W 124 U 3,23 = = = (vòng) Với : Uv = 3,23 (V) – Điện áp thực của mỗi vòng dây. 8. Chiều cao một bánh dây: b 2 1 2 ' 2 hW - 1 d = Với : W12 = 124 (vòng) – Số vòng dây trong mỗi lớp bánh dây. d’2 : Đường kính dây kể cả cách điện. d’2 = 0,35 + 0,15 + 0,1 = 0,6 (mm) b 2h1 2 4 - 1 0 ,0 6 = hb2 = 7,5 (cm) - Các bánh dây được thiết kế có chiều cao bằng nhau, chỉ khác đường kính. - Để đảm bảo cách điện giữa các bánh dây ta đặt vòng đệm ở mỗi đầu bánh dây. Số vòng đệm sẽ nhiều hơn số bánh dây 1 đơn vị. nvđ = nb2 + 1 9. Tính số bánh dây : 2 d b 2 b 2 d l -δn -1 h + δ = Trong đó : Chọn: l1 = l2 = 49,3 (cm) hb2 = 7,5 (cm) – Chiều cao một bánh dây. δd : Có bề dày tương đối nhỏ khi tính tốn gần đúng có thể bỏ qua. 2 b 2 b 2 l 4 9 ,3n 6 ,5 7 h 7 ,5 = = = (bánh). Chọn 6 bánh vì ở giữa các bánh dây có tấm đệm nên ta chọn nb2 phải nhỏ. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm 62 10. Điện áp trên mỗi bánh dây: 2 b b 2 UU ( k V ) n = Với: U2 = 120(kV) - Điện áp định mức phía hạ áp. nb2 = 6(bánh) - Tổng số bánh dây phía cao áp. b 120U 20(kV ) 6 = = Hình 4.5 Sơ đồ kết cấu dây quấn cao áp 11. Tính điện áp chọc thủng giữa các lớp bánh dây: - Điện áp chọc thủng giữa các lớp bánh dây là 20(kV). Đễ đảm bảo cách điện ta phải chon vật liệu có trị số cách điện lớn hơn từ 2 ÷ 3 lần. Lấy Uct của mỗi bánh dây là 60(kV). - Ta có thể dùng tấm cách điện vải thuỷ tinh êbôxy dày 0,35(mm)làm vành đệm giữa các bánh dây. - Theo bảng (2-21) - Tài liệu 4 với vải thuỷ tinh êbôxy dày 0,35(mm) có cường độ chọc thủng là 18 (A/mm). Vậy suy ra: Uct = 18.3,5 = 63 (kV). - Tính lại chiều cao một bánh dây: ' 2 d b2 b2 l -7δh n = Với : l2 = 49,3 (cm) - Chiều cao dây quân cao áp. HA CA D’26 D’25 D’24 D’23 D’22 D’21 D”26 D”25 D”24 D”23 D”22 D”21 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm 63 δd = 0,35(cm) - Bề dày vành đệm. nb2 = 6 (bánh) - Số bánh dây cao áp. Trị số 7 là các khỗng cách dặc vành đệm giữa các bánh dây. ' b2 49,3-7.0,35h 7,8(cm) 6 = = - Số vòng dây trong mỗi lớp bánh dây: ' b2 12 ' 2 hW -1 d = Trong đó : h’b2 = 7,8 (cm) - Chiều cao một bánh dây. d’2 = 0,06(cm) – Đường kính dây kể cả cách điện. 12 7,8W -1= 129 0,06 = (vòng) - Điện áp thực tế giữa các lớp là. ' ' 2 12 v Uw U = U’2 = Uv. W’12 = 129. 3,23 = 417(V) 12. Số vòng dây ở mỗi bánh: 3 b b v U .10w U = Trong đó : Ub = 20(kV) - Điện áp trên một bánh dây Uv = 3,23(kV)- Điện áp trên một vòng dây. 3 b b v U .10w U = (vòng) 13. Số lớp trong mỗi bánh dây: b 1 ' 1 2 wn w = Trong đó: Wb =6192 (vòng) - Số vòng dây mỗi bánh. W12’ = 129 (vòng) - Số vòng trong mỗi lớp. 1 6192n 48 129 = = (lớp) 14. Chiều dày của dây quấn: a2 = n2 .d’2 + (n1 – 1). δ12 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm 64 Với : n1= 48(lớp) - số lớp trong một bánh. d'2 = 0,06 (cm) - Đường kính dây. δ12: Bề dày cách điện giữa các lớp. δ12 = 2.0,12 = 0,024 (mm)= 0,24 (cm) a2 =48.0,06 + (48-1).0,024 = 4 (cm) 15. Các khoảng cách cách điện giữa hạ áp và cao áp: Do đặc trưng của cách quấn bậc thang. Các bánh dây so với cuộn hạ áp khác nhau. Do đó khoảng cách cách điện giữa cuộn cao áp và hạ áp ở các bánh cũng khác nhau. Từ bảng 2- Tài liệu 1- ‘ Bánh 1: có U1 = 20 (kV) Ut1 = 55 (kV) a12 = 2,7 (cm) c = 0,45 (cm) Qui đổi về ống thuỷ tinh + êbôxy. Ect dầu .ddầu = 5.Ect dấu + de1.Ect e Trong đó : Ect dầu =14 (kV/mm) ddầu =a12 - δ12 = 27- 4,5 = 22,5 (mm) Ect e = 18 (Kv/mm) 14.22,5 = 5.14 + de1 .18 Suy ra : de1 = 14 (mm) = 1,4 (cm) ‘ Bánh 6: có U6 =120 (kV) de6 = 3,5 (cm) Bậc nhỏ nhất có chiều dày 1,4 (cm). Bậc lớn nhất có chiều dày 3,5 (cm). như vậy chiều dày cách điện từ bánh số 1 đến bánh 6 là: 1,4 ; 1,8 ; 2,2 ; 2,6 ; 3 ; 3,5 16. Đường kính trong dây quấn: D2’ = D”1 + 2.a12 Trong đó : D”1 = 17 (cm) - Đường kính ngồi dây quấn hạ áp. Bánh 1: a121 = 0,5 + de1 = 0,5 + 1,4 =1,9 (cm) 0,5 (cm) - Là chiều rộng rãnh dầu làm mát D21’ = 17 + 2.1,9 = 20,8 (cm) Bánh 2: a122 = 0,5 +de2 = 0.5 + 1,8 = 2,3 (cm) D’22 = 17+ 2. 2,3 = 21,6 (cm) Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm 65 Bánh 3 a123 = 0,5 + de3 = 0,5 + 2,2 = 2,7 (cm) D’23 =17 + 2,7.2 =22,4(cm) Bánh 4 a124 = 0,5 + de4 = 0,5 + 2,6 = 3,1 (cm) D’24 = 17 + 3,1 .2 = 23,2 (cm) Bánh 5 a125 = 0,5 + de5 = 0,5 + 3 = 3,5 (cm) D’25 = 17+ 3,5.2 =24 (cm) Bánh 6 a126 = 0,5 + de6 = 0,5 +3,5 = 4 (cm) D’26 = 17 + 4.2 = 25 (cm) 17. Đường kính ngồi dây quấn: D”2 = D’2 + 2.a2 Trong đó : a2 = 4(cm) – Chiều dày của bánh dây. Bánh 1: D”21 =D’21 + 2.a2 = 20,8 + 2.4 = 28,8 (cm) Bánh 2: D”22 = D’22 + 2.a2 =21,6 +2.4 = 29,6 (cm) Bánh 3: D”23 = D’23 + 2.a2 =22,4 +2.4 =30,4 (cm) Bánh 4: D”24 = D’24 +2.a2 =23,2 + 2.4 = 31,2 (cm) Bánh 5: D”25 = D’25 +2.a2 =24 + 2.4 = 32 (cm) Bánh 6: D”26 = D’26 + 2.a2 =25 + 2.4 = 33 (cm) 1 ca o áp v à hạ á p Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm 66 §4.3 Xác định kích thước cụ thể của lõi sắt. 1. Chọn kết cấu lõi thép: Ta chọn kết cấu lõi thép kiểu bọc, mạch từ được ghép xen kẽû bằng tôn cán lạnh mã hiệu 3404 . Mạch từ có bốn mối nghiêng ở bốn góc. Trụ có sáu bậc, gông tiết diện chữ nhật. Theo bảng 41a- Tài liệu1 - với d = 14 (cm) Và số bậc của trụ là 6 bậc ta có kích thước của tập lá thép như sau. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm 67 2. Diện tích bậc thang của nửa tiết diện trụ: 3,5.1,9 + 12.1,7 + 10,5.1 + 8,5.0,8 + 6,5.0,7 + 4.0,5 = 69,4 (cm) 3. Tổng chiều dài lá thép của nửa tiết diện trụ: 1,9 + 1,7 + 1 + 0,8 + 0,7 + 0,5 = 6,6 (cm) 4. Tồn bộ tiết diện bậc thang của trụ: Tbt =2.69,4 = 138,8 (cm2) 5. Tiết diện hửa hiệu của trụ: Tt =Kđ .Tbt = 0,97. 138,8 = 134,6 (cm2) Với: Kđ = 0,97 –Hệ số đầy rãnh. Tbt = 138,8 (cm2) 6. Tiết diện gông: Máy biến áp cólõi kiểu bọc, gông của máy biến áp được chia làm hai bọc lấy trụ, như vậy tiết diện gông sẽ bằng một nửa tiết diện trụ. g bt g K .T T 2 = Với : Tbt = 138,8 (cm2) - tiết diện bậc thang. Kg =1,025 – tra bảng 6 – Tài liệu 1- 2g 1 ,025 .138 ,8T 71,1(cm ) 2 = = 13,5 12 10,5 8,5 6,5 4 1,9 1,7 1 0,8 0,7 0,5 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm 68 7. Tiết diện hửu hiệu của trụ: Tg’ = Tg .Kg = 0,97 . 71,1 = 68,9 (cm2) Với: Kg = 0,97 – Hệ số đầy rãnh. Tg = 71,1 (cm2) - Tiết diện gông. 8. Chiều rộng gông: bg = 2.6,6 = 13,2 (cm) 9. Chiều cao gông: / g g g T 6 8 ,9h 5 ,1 (c m ) b 1 3 ,2 = = = 10. Chiều dài trụ: lt = l2 + l01 +l02 Với: l2 = l1 = 49,3 (cm) - Chiều cao dây quấn. l01, l02 là khoảng cách từ dây quấn đến gông trên và gông dưới. Đối với bánh dây gần gông dưới có U21 = 20 (kV) - Có Ut = 55(kV) - Tra bảng 19 - Tài liệu 1 - ta có khoảng cách l02 = 5 (cm). Bánh dây gần gông trên có điện áp 120 (kV). Lấy l01 = 12 (cm). Các khoảng cách l01 và l02 đều được đệm bằng vật liệu vải thuỷ tinh + êbôxy. Hồn tồn áp ứng yêu cầu cách điện. lt = 49,3 + 12 +5 = 66,3 (cm) 11. Tính khoảng cách giữa trụ và gông bên cạnh: Khoảng cách từ bánh dây có đường kính lớn nhất (bánh 6) tới gông bên cạch bằng khoảng cách từ bánh này tới gông trên. dca-g = l01 = 12 (cm) Khoảng cách từ trụ đến gông bên cạnh. " 2 6 t-g c a -g D -dd + d 2 = Với : D”26 = 33 (cm)- Đường kính ngồi bánh dây thứ sáu. d = 14 (cm) - Đường kính trụ. t-g 33-14d +12 21,5(cm) 2 = = 12. Chiều cao mạch từ: Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm 69 H1 = l T + 2.hg Trong đó: l T = 66,3 (cm) - Chiều dài trụ. hg = 5,1 (cm) - Chiều cao gông. H1 = 66,3 + 2.5,1 = 76,5 (cm). 13. Chiều rộng mạch từ : dmt = dt + 2.d t-g + 2. hg Với : dt = 14 (cm) - Đường kính trụ d t-g =21,5 (cm) - Khoảng cách trụ và gông bên cạnh. hg = 5,1 (cm) - Chiều cao gông. dmt = 14 + 2.21,5 + 2. 5,1 = 67,2 (cm) 14. Trọng lượng của gông và trụ: - Trọng lượng sắt 2 góc mạch từ: (phần gạch chéo) Gg1 = TT . hg.ν .10-6 (kg) Với : TT =134,6 (cm2) – Tiết diện hữu hiệu của trụ. hg = 5,1 (cm) - Chiều cao gông. ν = 7650 (kg/m3) - Tỷ trọng thép. Gg1 = 2.134,6 . 5,1.7650 .10-6 = 10,5(kg) - Trọng lượng sắt 4 phần gông còn lại : (phần gạch chéo) Gg2 = 4. d t-g .bg. hg.ν .10-6 (kg) Với : d t-g =21,5 (cm) - Khoảng cách trụ và gông bên cạnh. bg = 13,2 (cm) - Chiều rộng gông. dT-G = 21,5 cm hg = 5,1 cm lT = 66,3 cm dmt = 67,2 cm Gg4 Gg2 Gg1 Gg3 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm 70 hg = 5,1 (cm) - Chiều cao gông. Gg2 = 4. 21,5 .13,2. 5,1.7650 .10-6 = 44,3 (kg) - Trọng lượng sắt 2 phần gông bên: Gg3 =2. H1 .bg. hg.ν .10-6 (kg) Với: H1 = 76,5 (cm) - Chiều cao mạch từ. hg = 5,1 (cm) - Chiều cao gông. bg = 13,2 (cm) - Chiều rộng gông. Gg3 = 2. 76,5 .13,2. 5,1.7650 .10-6 = 79 (kg) -Trọng lượng trụ: GT = t. TT .lt.ν .10-6 (kg) Với: TT =134,6 (cm2) – Tiết diện hữu hiệu của trụ. lt = 66,3 (cm) - Chiều cao trụ. t = 1 – Số trụ tác dụng. GT =1. 134,6 .66,3.7650 .10-6 = 68,3 (kg) 15. Trọng lượng sắt tồn bộ mạch từ: G = Gg + GT = Gg1 + Gg2 + Gg3 + GT G = 10,5 + 44,3 +79 + 68,3 = 202,1 (kg) Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm 71 Chương V: XÁC ĐỊNH CÁC THAM SỐ CỦA MÁY. I. Xác định tổn hao ngắn mạch: 1. Tổn hao chính: 1.1 Dây quấn hạ áp: Theo công thức(4–7a) - Tài liệu số 1 Pcu1 = 2,4 . Δ12 . Gcu1(W) Với: Δ1 = 3 (A/mm2) Gcu1 = 9,2 (kg) Pcu1 = 2,4 . 32 . 9,2 = 198,7 (W) 1.2 Dây quấn cao áp: Theo công thức(4–7b) - Tài liệu số 1 Pcu2 = 2,4 . Δ22 . Gcu2 (W) ' " -52 2 cu2 b 2 D +DG 28.t .W .T .10 2 = ' " 2 2D 20,8 28,8 21,6 29,6 22,4 30,4 2 2 2 2 23,2 31,2 24 32 25 33 161(cm) 2 2 2 D+ + + += + + + + + ++ + + = Wb = 6192 (vòng) - Số vòng dây trong một bánh dây cao áp. T2 = 0,09621 (mm2) - Tiết diện mỗi vòng dây cao áp ' " -52 2 cu2 b 2 5 cu2 D +DG 28.t .W .T .10 2 G 28.1.6192.161.0, 09621.10 26,85(kg)− = = = Pcu2 = 2,4 . 1,732 . 26,85 = 192,86 (W) Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm 72 2. Tổn hao phụ trong dây quấn: - Hệ số Kf nhân với tổn hao chính để được tổng cả hai tổn hao chính và phụ: Pcu + Pf = Pcu . Kf - Với mật độ dòng Δ1 = 3 (A/mm2) - Bên dây quấn hạ áp. Và Δ2 = 1,73 (A/mm2) - Bên dây quấn cao áp. Theo chương 5 – Tài liệu 2- lấy Kf = 1,15. 3. Tổn hao trong dây dẫn ra: Tổn hao trong dây dẫn ra thường không quá (5 ÷ 8)% tổn hao ngắn mạch. 4. Tổn hao trong vách thùng và các chi tiết kim loại khác: Pt = 10. K.S Trong đó : K = 0,02 – Tra bảng 40a- tài liệu 1- S = 20 (kVA) - Công suất máy. Pt =10. 20. 0,02 = 4 (W) 5. Tổn hao ngắn mạch của máy: Pn = 0,08.Pn +Pcu1. Kf + Pcu2. Kf + Pt Trong đó: Pcu1 = 198,7 (W) - Tổn hao trong dây quấn hạ áp. Pcu2 = 192,86(W) - Tổn hao trong dây quấn cao áp. Kf = 1,15 – Hệ số tổn hao phụ. Pt = 4 (W) Pn = 0,08.510 +198,7. 1,15+ 192,86. 1,15 + 4 = 495 (W) II. Xác định điện áp ngắn mạch: 1. Thành phần điện áp ngắn mạch tác dụng: Theo công thức(4–22) - Tài liệu số 1: n n r PU 1 0 .S = Trong đó: Pn = 495 (W) - Tổn hao ngắn mạch S = 20 (kVA) - Công suất máy. nr 495U 2, 48(%) 10.20 = = 2. Thành phần điện áp ngắn mạch phản kháng: Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm 73 -3t R nr R V 7,9.f.S .β.aU .K .10 U = Trong đó: f = 50 (Hz) - Tần số điện lưới. St = 20 (kVA) - Công suất trụ. aR = 3,76 (cm) - Chiều rộng quy đổi từ trường tản. UV = 3,23 (V) - Điện áp một vòng dây. KR = 0,95 – Hệ số Rogovski. 12 1 .d 3,14.19, 6 β 1, 24 l 49,3 ∏= = = 3 nr 2 7,9.50.20.1,24.3,76U .0,95.10 3,35 3,23 −= = (%) 3. Điện áp ngắn mạch tồn phần: 2 2n nr nxU U +U= Trong đó : Unr = 2,48 (%) – Điện áp ngắn mạch tác dụng. Unx = 3,35 (%) - Điện áp ngắn mạch phản kháng. 2 2 nU 2,48 +3,35 4, 2= = (%) III. Tính tổn hao không tải: 1. Tính mật độ từ cảm: ‘ Lõi thép làm bằng tôn cán lạnh mã hiệu 3404 dày 0,35 (mm). Trị số từ cảm trong trụ là: 4.10 BT 4,44.f.TT UV= Trong đó: UV =3,23 (V) - Điện áp một vòng dây. f = 50 (Hz) - Tần số điện lưới. TT =134,6 (cm2) – Tiết diện hữu hiệu của trụ. 3, 2 3 1, 0 8 1 3 4 ,6 4.1 0B T 4 ,4 4 .5 0 . == (T) ‘ Mật độ từ cảm trong gông: TT G T. T B BG = (T) Với: BT = 1,08 (T) - Mật độ từ cảm trong trụ. TT = 134,6 (cm2) - Tiết diện trụ. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm 74 TG = 71,1 (cm2) - Tiết diện gông. 134,61,08. 1,02 2.71,1 BG == (T) Mật độ từ cảm ở mối nối nghiêng. T N B 1, 08B 0, 76 2 2 = == (T) 2. Suất tổn hao và suất từ hố: Theo bảng 45,50 – Tài liệu 1- - Suất tổn hao trong trụ: Pt = 0,555(W/kg) - Suất tổn hao trong gông: pq = 0,495 (W/kg) - Suất tổn hao trong khe hở trụ: pkt = 0,0413 (W/cm2) - Suất tổn hao trong khe hở gông: pkg = 0,0362 (W/cm2) - Suất từ hố trong trụ. qT = 0,6296 (VA/kg) - Suất từ hố trong gông: qG = 0,568(VA/kg) 3. Tổn hao không tải: Ta có thể xem tổn hao không tải gồm hai thành phần. Tổn hao trong trụ và tổn hao trong gông. P0 =Kf (PT.GT + PG.GG) Trong đó: Kf là hệ số tổn hao phụ xét đến các yếu tố như BT,BG phân bố không đều hoặc do công nghệ chế tạo lá thép bị bavia, hay xếp không cùng chiều… làm cho P0 tăng lên. Đối với máy biến áp có mạch từ phẳng. Làm bằng thép cán lạnh ép trụ và gông bằng đai có xà ép gông, có nêm dây quấn ép trụ không làm bu lông xuyên lõi. Nếu kể đến tất cả những ảnh hưởng trên thì tổn hao không tải được xác định theo công thức sau: ( )gp gp' ' '0 fp T T G fp G G d G GK KP K .P (G G . ) K .p G - K 2 .G .G2 2 ⎡ ⎤+ + + +⎢ ⎥⎣ ⎦ = Trong đó: Kfp = 1,16 - Với gông tiết diện chữ nhật. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm 75 PT = 0,555 (W/kg) - Suất tổn hao. GT = 68,27 (kg) - Trọng lượng trụ. GG = 133,8 (kg) - Trọng lượng gông. PG= 0,495 (W/kg) - Suất tổn hao gông. Kd = 2 - Hệ số biểu thị số lượng góc mối nối. g1' G G 10,5G 5,25 (kg) 2 2 = == - Trọng lượng sắt một góc mạch từ tại chỗ mối nối. Kgp = 5,28 – Hệ số kể đến tổn hao phụ ở góc mối nối (bảng 47- Tài liệu 1) ( ) ( ) 0 5, 28P 1,16.0,555(68, 27 5, 25. ) 2 5, 251,16.0, 495 133,8 2 2 .5, 25 .5, 28 126 W 2 + ⎡ ⎤+ − + + =⎢ ⎥⎣ ⎦ = IV. Tính dòng điện không tải: 1. Công suất từ hố không tải: ( )0 '=K .K .K .K .K q .G +q G -K .GT T G G GGi Ti ei bi ci d q +q ' ' "T G+K .K .K .K .K . .G (K .K +K .K )TGGi Ti ei bi ci b gi gi2 Q ⎡ ⎤⎣ ⎦ Trong đó: KGi = 1 – Hệ số làm tăng suất từ hố trong gông. Kti = 1,01 – Hệ số kể đến sự tăng công suất từ hố. Do tháo lắp gông trên để cho dây quấn vào trụ. Kei = 1,04 – Hệ số kể đến việc ép mạch từ để đai. Kbi = 1,01 - Hệ số kể đến việc cắt gọt bavia. Kci = 1,49 - Hệ số kể đến việc cắt dập lá thép. ' "b gi T giK K +K .K 8,8= - Hệ số chung. qT = 0,6296 (VA/ kg) - Suất từ hố trong trụ GT = 68,27 (kg)- Trọng lượng trụ. GG= 133,8 (kg) - Trọng lượng gông qG = 0,568 (VA/ kg) – Suất từ hố trong gông. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm 76 ( ) ( ) Q 1.1, 01.1, 04.1, 01.1, 49 0, 6296.68, 27 0, 568 133,8 - 2.5, 250 0, 6296 0, 568 1.1, 01.1, 04.1, 01.1, 49. .5, 25.8,8 222, 32 VA 2 = + ++ = ⎡ ⎤⎣ ⎦ 2. Thành phần phản kháng dòng điện không tải: 0 Q 1 0 . S o xi = Trong đó: Q0 = 222,32 (VA) – Công suất từ hố không tải. S = 20 (kVA) – Công suất máy. 2 2 2 ,3 2 1,1 1 % 1 0 .2 0 o xi == 3. Thành phần tác dụng: 0 P 1 0 . S o ri = Với: P0 = 126 (W) – Tổn hao không tải. S = 20 (kVA) – Công suất máy. 126 0, 63% 10.20 ori == 4. Dòng điện không tải tồn phần: 0 0 22 o ri i ix= + Trong đó: i0x = 1,11 % - Dòng điện không tải phản kháng. I0r = 0,63 % - Dòng điện không tải tác dụng. 2 2i 1,11 0,63 1,3%o = + = V. Tính tốn nhiệt của dây quấn: 1. Nhiệt độ chênh trong lòng dây quấn: - Dây hạ áp: Theo công thức (6-1) – Tài liệu 1 - 41 1 c d o 1 q .δ . 1 0 λ θ = Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm 77 Trong đó: ( )1 0 ,5 0 ,2 5 cm2δ == - Chiều dày cách điện một phía. cdλ = 0,0014 (W/ cm0C ) - Suất dẫn nhiệt của lớp cách điện - tra bảng 54 - Tài liệu 1- q1 = là mật độ dòng nhiệt trên bề mặt dây quấn. c u 1 f1 1 p .Kq M = Trong đó: - pcu1 =198,7 (W) – Tổn hao dây quấn hạ áp. - Kf : là hệ số tổn hao phụ tương ứng. § 4.1 - Tài liệu số 1 – Ta có Kf = 1. M1 : là bề mặt làm lạnh tương ứng của dây quấn hạ áp. M1 = (n+1).t.k. Л. (D’1 + D1’’).l1.10-4 (m2). Trong đó : n = 1 – Số rãnh dầu dọc trục. t = 1 – Số trụ tác dụng. K = 0,75 – Hệ số che khuất. D1’’ = 14,8 (cm ) – Đường kính trong dây quấn. D1” = 17 (cm) - Đường kính ngồi dây quấn. l1 = 49,3 (cm) – Chiều cao dây quấn. M1= (1 +1).1.0,75.3,14.(14,8+17).49,3.10-4= 0,738 (m2). 2 1 1 9 8 ,7 .1q 2 6 9, 2 4 ( W /m ) 0 ,7 3 8 == -4o1 269,24.0,25 .10 4, 8 0,0014 θ == (0C) - Dây quấn cao áp: Theo công thức (6–8) - Tài liệu số 1: 2 -4c u 2 2 2 2 tb '2 b 2 o 2 p .a .1 0 a8 λ + λ . h θ = ⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠ (0C) Trong đó: pcu2 = 192,86 (W) – Tổn hao dây quấn cao áp. a2 = Chiều dày của bánh dây. h’2b2 = 7,8 (cm) – Chiều cao bánh dây. ( )'2 2 2 -2 tb ' 2 2 2 λ .λ d +δ λ .10 λ .δ +λ .d = (W/cm0C) Trong đó: d’2 = 0,05 (cm) – Đường kính dây quấn có cả cách điện. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm 78 d2 = 0,035 (cm) – Đường kính dây quấn cao áp. 2 5 0,0025 .10 5,4.10 0,7. 0,43 λ − −== (W/cm0C) 2λ = cdλ = 0,0025 (W/cm0C) ( )-5 -6 tb -5 5,4.10 .0,0025 0,05+1 λ 7,9.10 5,4.10 .1+0,0025.0,05 == (W/cm0C) 24 2192,86.4 . -4θo2 .10 1,74 -6 -58 7,9.10 +5,4.10 . 27,8 ⎛ ⎞⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠ = = (0C) 4. Nhiệt độ chênh giữa mặt ngồi dây quấn với nhiệt độ dầu: a. Dây quấn hạ áp : Theo công thức(6–10a) - Tài liệu số 1: 0 ,6 1o d 1 K .qθ = (0C) Trong đó: K = 0,285 . q1 = 269,24 (W/m2) - Mật độ dòng nhiệt của dây quấn hạ áp. 0 ,6 od1 0 ,285.269,24 8,18θ == (0C) b. Dây quấn cao áp: Theo công thức (6–10a) - Tài liệu số 1: 0,6 1 2 3 2od2 K .K .K .0,35.qθ = (0C) Trong đó : K1 = 1 – Hệ số tốc độ chuyển động của dầu. K2 = 1 – Dây quấn cao áp quấn ngồi. K3 = 1,05 – Hệ số tính đến sự đối lưu khó khăn của dầu. (Bảng 55 – Tài liệu 1): c u 2 f2 2 p .Kq M = pcu2 = 192,86 (W) Kf = 1 M2 = 2t.k. Л. (D’26 + a2)nb2.(a2 + hb2’). Trong đó : nb2 = 6 – Số bánh dây cao áp. t = 1 – Số trụ tác dụng. K = 0,75 – Hệ số che khuất. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm 79 D26’ = 25 (cm) - Đường kính trong của bánh 6. a2 = 4(cm) - Chiều dày bánh dây cao áp. hb2’ = 7,8 (cm ) - Chiều cao bánh dây cao áp. M2 = 21.1. 3,14. (25 + 4).6.(4 + 7,8)= 12894 (cm2)= 1,28(m2) 2 192,86.1q 150, 67 1,28 == (W/m2) 0,6 od2 1.1.1,05.0,35.150,67 7,45θ == (0C) 3. Nhiệt độ chênh trong bình của dây quấn với dầu : 01 02 0d1 0d20dtb θ +θ θ +θ θ + 2 2 = Trong đó : θ01 = 4,8 (0C) - Nhiệt độ chênh trong lòng dây quấn hạ áp. θ01 = 1,74 (0C) - Nhiệt độ chênh trong lòng dây quấn cao áp. θ0d1 = 8,18 (0C) - Nhiệt độ chênh giữa mặt ngồi dây quấn với nhiệt độ dầu cuộn hạ áp. θ0d2 = 7,45 (0C) - Nhiệt độ chênh giữa mặt ngồi dây quấn với nhiệt độ dầu cuộn cao áp. 0dtb 4,8 1,74 8,18 7,45 θ 11,1 2 2 + ++ == (0C). VI. Thiết kế thùng dầu và tính tốn nhiệt : 1. Chọn loại thùng : Với S = 20 (kVA) - Theo bảng 57 – Tài liệu 1 – Chọn kiểu thùng vách phẳng, đáy ôvan, ở đây ta không chọn đáy tròn vì đáy tròn chứa nhiều dầu không kinh tế khi chế tạo. 2. Chọn kích thước bên trong thùng : a. Chiều rộng tối thiểu của thùng : - Với máy biến áp có điện áp 120 (kV) (với 1mm dầu máy biến thế chịu điện áp phóng điện là 14 (kV), nên ta sẽ lấy khoảng cách từ dây quấn cao áp tới vỏ thùng bên cạnh là 1,5 cm): B = D”2 + 3 Trong đó : D”2 = 33 (cm) – Đường kính ngồi dây quấn cao áp. B = 33 + 3 = 36 (cm). Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm 80 b. Chiều dài tối thiểu của thùng: A = dmt + 2 Trong đó : dmt = 67,2 (cm) - Chiều rộng mạch từ. A = 67,2 + 2 = 69,2 (cm) c. Chiều cao của thùng: H = H1 + H1 + n Trong đó : H1 = 76,5 (cm)- chiều cao mạch từ . n = 0,5 (cm) - chiều dày tấm lót gông dưới đến đế thùng - Bảng 58 - Tài liệu 1. H = 15 (cm) - Chọn (chiều cao từ gông trên đến nắp thùng). H = 76,5 + 0,5 + 15 = 92 (cm). 3. Tính bề mặt bức xạ và đối lưu của thùng dầu : Mbx = Mđl =Môvan . k = [2.(A - B)+ π.B]. H. K (m2) K = 1 – Bảng 59 – Tài liệu 1 - Đối với vách thùng phẳng. H B A Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm 81 Mbx = [2.(69,2 - 36)+ π.36]. 92. 1 = 16508,48 (cm2) = 1,65 (m2) 4. Nhiệt độ chênh của thùng dầu đối với không khí : - Theo công thức (6-47) - Tài liệu 1: 0,8 0 n tk bx dl k.(p p ) θ 2,8.M 2,5.M ⎡ ⎤+⎢ ⎥+⎣ ⎦ = (0C) Trong đó : Pn =495 (W) - Tổn hao ngắn mạch . P0 =126 (W) - Tổn hao ngắn mạch . Mbx = Mđl = 1,65 (m2) . K= 1,05 – Máy biến áp đơn chiếc. 0,8 tk 1,05.(495 126) θ 31,5 2,8.1,65 2,5.1,65 +⎡ ⎤ =⎢ ⎥+⎣ ⎦= (0C) 5. Nhiệt độ chênh của dầu sát vách thùng so với thùng : Theo công thức (6-48)- Tài liệu 1 : 0,6 0 n dt 1 dl k.(p +p ) θ .0,165 M K ⎡ ⎤⎢ ⎥⎣ ⎦ = Trong đó: K1 =1. K =1,05. P0 =126 (W) - Tổn hao không tải. Pn = 495 (W ) - Tổn hao ngắn mạch. Mdl =1,65 (m2) - Bề mặt đối lưu. ( ) 0,6 dt 1,05 126 495 θ .0,165 6 1,65 1 ⎡ ⎤+ =⎢ ⎥⎣ ⎦ = (0C) 6. Nhiệt độ chênh của lớp dầu so với không khí: θ01dk’ = θdt + θtk = 6+31,5 = 37,5(0C) 7.Nhiệt độ chênh của lớp dầu trên so với không khí: Theo công thức (6-50)- tài liệu 1 : θdt = θdk’. б = 1,2.37,5 = 45 (0C) ≤ 50 (0C) Thoả theo tiêu chuẩn. 8. Nhiệt độ chênh nhiệt độ của dây quấn đối với không khí: Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm 82 θ0k = θ0dtb + θdk’ ≤ 60 (0C) Với: θ0dtb =11,1(0C) θdk’ = 37,5 (0C) θ0k = 11,1 + 37,5 = 48,6 (0C) ≤ 60 (0C) 9. Thể tính thùng dầu: Vt = Mn . H (m3) Với : ( ) 2 n B Π. B A-B 4 M ⎡ ⎤+⎢ ⎥⎣ ⎦ = - Bề mặt hình học của đáy thùng ( ) ( )2 4 4 3n 36Π. .10 36 69,2-36 .10 .0,92 0,2 m4M − −⎡ ⎤+ =⎢ ⎥⎣ ⎦= Thể tích dầu: Vd = VT - Vruột máy r r m r GV γ = Gr = 1,2 (Gdq + Gsắt) = 1,2 (36,05 + 202,1)= 285,78 (kg) rγ = 6 (kG/dm3) ( ) ( )3 3rm 285,78V 47, 63 dm 0, 047 m6 = == Vd = 0,2 – 0,047 = 0,153 (m3) = 153(lít) Khối lượng dầu: Gdầu = Vd .0,9 =153.0,9 = 137,7 (kg) 10. Trọng lượng thùng: Vỏ thùng làm bằng loại thép cacbon CT2 dày 2(mm), đáy thùng và nắp thùng làm bằng thép cacbon dày 3 (mm). a) Trọng lượng vỏ thùng: G1 = Mtn. Δ1. γ Trong đó: Mtn = Môvan = 1,65 (m2) - Bề mặt tản nhiệt thân thùng dầu. Δ1 = 2(mm) - Bề dày vách thùng. γ = 7850 (kg/m3) - Tỷ trọng thép. G1 = Mtn. Δ1. γ = 1,65.2.7850.10-3 = 26 (kg) b) Trọng lượng nắp thùng: Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm 83 G2 = Mn. Δ2. γ Trong đó: Δ2 = 3 (mm)- bề dày nắp thùng. γ = 7850 (kg/m3) - Tỷ trọng thép. Mn : bề mặt hình học nắp thùng. Theo công thức (6-28) - Tài liệu 1 ( ) ( )2 2nn n n nbΠ. b L -b m4M ⎡ ⎤+⎢ ⎥⎣ ⎦= Với: bn = B + 2. bv là chiều rộng nắp thùng Ln = A + 2.bv là chiều dài nắp thùng. bv là chiều rộng vành nắp thùng thường là 0,04 đến 0,1 (m) Chọn bv = 5 (cm) bn = B + 2. bv = 36 + 2.5 = 46 (cm) Ln = A + 2.bv = 69,2 + 2.5= 79,2 (cm) ( ) ( )2 4 4 2n 46Π. 10 46. 79,2-46 .10 0,32 m4M − −⎡ ⎤+ =⎢ ⎥⎣ ⎦= Vậy trọng lượng nắp thùng là: G2 = Mn. Δ2. γ = 0,32.3.7850.10-3 = 7,536(kg) c) Trọng lượng đáy thùng: G3 = Mđ. Δ3. γ Với Mđ (m2) - Bề mặt hình học đáy thùng: Mđ = Mn ( )2n BΠ. B A-B4M ⎡ ⎤+⎢ ⎥⎣ ⎦ = ( ) ( )2 4 4 236Π. .10 36 69,2-36 .10 0,22 m4 − −⎡ ⎤+ =⎢ ⎥⎣ ⎦= Δ3 = 3(mm) - Bề dày đáy thùng. G3 = Mđ. Δ3. γ = 0,22.3.10-3.8750 = 5,2 (kg) d) Trọng lượng sắt của vỏ thùng: Gv = G1 + G2 + G3 = 26+ 5,2 + 7,536 = 39 (kg) VII. Trọng lượng máy biến áp: Gmáy = Gdq + Gsắt từ + G dầu + Gv Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm 84 Trong đó: Gdq = 36,05 (kg)- Trọng lượng dây quấn cao áp và hạ áp Gsắt từ = 202,1 (kg) G dầu = 137,7 (kg) Gv = 39 (kg) Gmáy = Gdq + Gsắt từ + G dầu + Gv Gmáy= 36,05+137,7+ 39 +202,1 = 414,85 (kg) VIII. Chọn sứ đầu ra: 1. Sứ hạ áp: Với điện áp U1 = 0 ÷ 220 (V). Theo tài liệu số 2 trang 133. Chọn kiểu sứ TPV 1/400 có các thông số như sau: a = 14 (cm), b = 8,5 (cm), d =φ16 , d1 = 4 (cm), d2 =7(cm), d3 = 4,5 (cm), d4 = 8,5 (cm), h = 22,5 (cm), khối lượng: 2 (kg) 2. Sứ cao áp: d d4 d1 d2 d3 a h b Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm 85 Với điện áp U2 = 0 ÷ 120 (kV). Ta chọn sứ đầu ra gồm 8 bát sứ có hình dạng như sau, do công ty gốm sứ Hải Dương chế tạo. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm 86 Chương 6 MẠCH ĐIỀU KHIỂN, BẢO VỆ, ĐO LƯỜNG. I. Giới thiệu về bàn điều khiển: 1. Chức năng của bàn điều khiển: Bàn điều khiển (hay tủ điều khiển) dùng để điều khiển, đo lường, bảo vệ tồn bợ hệ thống thử nghiệm. Trong bàn có bố trí các khe hở phóng điện và các tụ điện tiêu thụ năng lượng đề phòng phía cao áp phóng sang phía hạ áp đe dọa đến sự an tồn của người điều khiển, tất cả các thiết bị đều phải được nối đất. Ngồi ra trên bàn điều khiển còn bố trí các đồng hồ, Ampemetre và Vonmetre để đo lường của máy biến áp thử nghiệm. Trong mỗi lần thử nghiệm nếu có phóng điện giữa các điện cực thử nghiệm hoặc khi động cơ điều khiển của máy biến áp điều chỉnh mềm bị kẹt bàn điều khiển sẽ tự động ngắt điện cung cấp cho máy biến áp cao áp đảm bảo an tồn cho thiết bị . 2. Các thiết bị điều chỉnh: Thiết bị điều chỉnh dùng để thay đổi điện áp đưa vào cuộn dây hạ áp của máy biến áp thử nghiệm. Thiết bị điều chỉnh có nhiệm vụ đưa điện áp ra cao áp từ 0 tới giá trị định mức và không đượclàm méo đường cong điện áp. Nếu điều chỉnh theo kiểu phân cấp thì mỗi cấp không vượt quá 1 ÷ 1,5% giá trị điện áp thử nghiệm. Việc gián đoạn trong mạch điều chỉnh là không cho phép vì nó làm tăng sự quá điện áp trong sơ đồ thử nghiệm. Trong thực tế máy biến áp thử nghiệm thường dùng các thiết bị điều chỉnh sau: bộ điều chỉnh điện áp tự ngẫu (máy biến áp tự ngẫu dùng chỗi điện),bộ điều chỉnh tự ngẫu nhờ di chuyển cuộn dây ngắn mạch, bộ điều chỉnh kiểu cảm ứng, kiển hữu tuyến, bộ điều chỉnh bằng biến trở lỏng, điều chỉnh kiểu chiết áp… Các thiết bị điều chỉnh đơn giản nhất là kiểu hữu tuyến, biến trở lỏng và chiết áp. Nhược điểm của các phương pháp này là tổn hao năng lượng lớn ảnh hưởng đến đường cong điện áp. Vì vậy khi thử nghiệm cách điện cuộn dây máy biến áp và máy điện quay phần lớn người ta sử dụng điều chỉnh tự ngẫu (máy biến áp tự ngẫu). II. Chọn mạch điều khiển: 1. Điều chỉnh điện áp kiểu cảm ứng: Việc điều chỉnh điện áp có thể dùng tay hoặc tự động. 220 V Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm 87 Hình 6.1. Mạch điện của máy IDS – 150 – 25 TH ĐCĐA – Máy điều chỉnh điện áp kiểu cảm ứng (Trung Quốc) Kiểu GY – 1 – 25 TH; 25 kVA; 220/ 0 ÷ 400V. BT – Máy biến áp thử nghiệm kiểu IDJ – 150 – 25 TH; 25kVA; 400/150 kV. P – Quả cầu phóng điện ↵ = 150 (mm). ATM – Aùp tô mát có cuộn điều khiển đóng 220(V) – 200 (A). TI – Biến dòng điện 100/ 5 (A)và rơle dòng điện PT – 40. Khi vận hành đóng cửa phòng thử nghiệm. Khố TĐ cửa đóng lại, đóng cầu dao, nhấn nút đóng mạch Đ. Cuộn hút sẽ các tiếp điểm, đèn xanh Đ1 sáng, ATM tự động đóng lại, đèn đỏ Đ2 sáng. Bắt đầu tiến hành thử nghiệm, khi thử nghiệm xong, nhấn nút cắt C, cuộn hút mất điện, AMT ngắt ra đèn Đ1 thử nghiệm sáng. Mạch điều khiển có bộ điều chỉnh điện áp bằng biến áp điều chỉnh mềm với nguyên lý cuộn dây ngắn mạch di động. Phương pháp này được dùng trong máy thử cao áp TUR (Đức). Mạch điều khiển hồn tồn tự động. Người vận hành chỉ mA P R 0 ÷150 V C R BT 25 100/ 5 A TI RI TĐ ĐX2 ĐX1 Đ C C CC C CC ATM Đ ĐCĐA Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm 88 việc bấm các nút: tăng giảm áp, dừng lại ( tương ứng với quá trình điều chỉnh dộng cơ). Tốc độ tăng áp theo yêu cầu 2 (kV/s). ĐC – động cơ ba pha 9 (kV), 380 (V) lên xuống: khởi động từ quay phải của động cơ. CC – cầu chì 10 (A). Cửa – đèn báo ở giữa phòng thửû nghiệm. mA – đồng hồ miliampe. R- phụ tải thử nghiệm. CP – cầu phóng điện ↵ 250. R CP C1 C2 V1 mA V2 V3 A CC CC K’ K” ATM CD CC Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm 89 Hình 6.2. Mô tả mạch điều chỉnh điện áp của máy TUR. Ngồi ra còn một số máy có mạch điềøu khiển bằng các thiết bị điện tử như: máy Brem- und stosgerat 82012, máy điều khiển từ xa bằng hệ thống máy tính. Các loại máy trên có mạch điều khiển rất phức tạp,giá thành cao không thực sự cần thiết cho máy điện được thiết kế cho bài này. Vì vậy ta sẽ chọn mạch điều khiển có điện áp bằng biến áp tự ngẫu. Sơ đồ mạch nêu ở hình 6.3. 3. Mạch điều khiển dùng cho máy biến áp thử nghiệm thiết kế: 220 V ATM K KH 1 2 3 RI MBACA KV 0 ÷120 KV K R K RI N Đ Đ4 R Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm 90 Hình 6.3 4. Nguyên lý hoạt động: a. Thiết bị dùng trong mạch điều khiển: - ATM – nguồn 220 (V) - Đ1 : đèn màu đỏ. Khi ATM đóng Đ1 sẽ sáng báo hiệu điện lưới vào đến bàn điều khiển. - Đ2 : đèn màu đỏ. Khi đèn sáng. + Báo hiệu MBA cao áp ở trạng thái ngắt điện đầu vào (trước khi thử nghiệm). + Báo hiệu đã có sự cố trong thí nghiệm. - Đ3 : đèn màu xanh. Khi đèn sáng báo hiệu có điện áp nguồn đặt trên đầu vào máy biến áp tự ngẫu và máy biến áp cao áp. - Đ4 : đèn màu vàng. Khi đèn sáng báo hiệu tay quay điều chỉnh điện áp về vị trí 0, thì mới cho phép đóng Đ vào máy biến áp tự ngẫu. - MBA TN: Đầu vào 220 (V); đầu ra 0 ÷ 220 (V). Công suất 20 (kVA) dùng điều chỉnh điện áp vào U1 của máy biến áp cao áp. Từ 0 ÷ 220 (V) tương ứng với điện áp ra từ 0 ÷ 120 (kV). - KH: khố đổi nối dùng để thay đổi dòng điện tác động của rơle dòng điện ứng với điện áp sau: + Vị trí 1: Uthử = Uđm = 120 (kV). + Vị trí 2: Uthử = 0,916 Uđm = 110 (kV). + Vị trí 3: Uthử = 0,83Uđm = 100 (kV). - RI: Rơle dòng điện tác động khi có sự cố ngắn mạch, phóng điện, chạm đất…ngắt điện nguồn ra khỏi máy nhờ tiếp điểm RI trong mạch điều khiển. - N: Nút ngắt mạch điều khiển (thường kín). Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm 91 - Đ: Nút đóng mạch điều khiển (thường hở). - kV: Đồng hồ kilôvônmetre: chỉ thị số điện áp cao trên đầu ra máy biến áp cao áp. b. Nguyên lý: - Đóng ATM: đèn đỏ Đ1 sáng, đèn đỏ Đ2 sáng, tay quay điều chỉnh điện áp về 0. đèn vàng Đ4 sáng. - Chuyển khố KH về vị trí 1, 2, 3 tuỳ theo cấp điện áp thử nghiệm. Mạch điều khiển sẵn sàng thí nghiệm: - Aán nút Đ, đèn xanh Đ3 sáng, đèn đỏ Đ2 tắt. - Quay tay quay tăng điện áp theo chiều kim đồng hồ đến vị trí cần thiết. - Thử nghiệm xong quay tay quay ngược lại để giảm điện áp về 0. - Aán nút ngắt N, đèn đỏ Đ2 sáng, đèn xanh Đ3 tắt báo hiệu đã ngắt điện đầu vào máy biến áp cao áp. ‘ Trường hợp có sự cố: bàn điều khiển sẽ tự động ngắt điện ra khỏi máy biến áp cao áp. Nhờ tiếp điểm RI trong mạch điều khiển, đèn xanh Đ3 tắt, đèn đỏ Đ2 sáng. 5. Sơ đồ bố trí bàn điều khiển: III. Đo lường điện áp thử nghiệm: KH 1 2 3 ATM N Đ Đ1 Đ2 Đ3 Đ4 Uvào Ura 220 V 0÷220V Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm 92 - Đo lường điện áp xoay chiều được tiến hành bằng vôn kế. Tuy nhiên những vôn kế thông thường chỉ đo được điện áp thấp, cao nhất chỉ đến vài trăm vôn. Khi đo điện áp cao hơn phải dùng phương pháp gián tiếp. Với máy biến áp thử nghiệm. Điện áp ra thường rất lớn từ vài chục đến vài trăm kV, hoặc có thể lớn đến hàng nghìn kV. Nếu ta dùng đồng hồ đo trực tiếp có điện trở phụ thì công suất tổn hao trong đồng hồ sẽ lớn. P = U.I và cũng không có thiết bị nào để đo được điện áp cao như vậy. - Vì vậy ở điện áp cao người ta dùng máy biến điện áp. Thực chất của máy biến điện áp là một máy biến áp thông thường mà cuộn dây sơ cấp nối với điện áp cần đo, cuộn thứ cấp nối với vônmét, vônmét có điện trở lớn nên có thể xem máy biến điện áp như là hở mạch. - Để đơn giản cho việc chế tạo và sử dụng người ta thường quy ước điện áp định mức phía thứ cấp từ 100 ÷ 200 (V). Điện áp sơ cấp được thiết kế theo điện áp cần đo và mặt của vônmét được khắc độ theo cấp điện áp đó và có ghi tỷ lệ biến áp trên mặt của vônmét. - Ở những điện áp rất cao điện trở cách điện của biến áp hoặc biến dòng phải rất lớn và trở thành rất đắt tiền. Do đó, người ta sử dụng biện pháp đo không tiếp cận. Trong đó thiết bị đo gồm các thiết bị thụ cảm được đặt trên dây dẫn cao áp, rồi người ta dùng nhiều phương pháp khác nhau như: hiệu ứng có được về hạ áp bằng từ trường hay sóng điện từ… Tuy nhiên những biện pháp này cho đến nay vẫn còn là những biện pháp thử nghiệm, chưa đưa vào sử dụng rộng rãi. - Đối với máy biến áp thử nghiệm được thiết kế như trên ta có thể sử dụng các biện pháp đo sau: 1. Đặt đồng hồ đo phía hạ áp của máy biến áp: Đây là phương pháp đo đơn giản nên cũng được áp dụng. Nhưng thực tế phương pháp đo này gây sai số lớn. Để làm giảm sai số của phép đo này ta dùng phương pháp bù điện áp bằng cách quấn thêm số vòng dây vào dây quấn hạ áp. Tuy nhiên, phương pháp làm này người ta ít sử dụng. Đo điện áp cao áp ta chỉ cần đặt một vônmét có khắc độ kV qua tỷ số máy biến áp ở phía hạ áp máy biến áp thử nghiệm. 2. Đặt đồng hồ đo phía cao áp của máy biến áp thử nghiệm: V Ura Uvào Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm 93 Sơ đồ (a): Lấy điện áp ra đo từ hai đầu mối hàn trích trong cuộn cao áp. Ta phải tính sao cho khi điện áp ra bằng điện áp định mức (như U2đm = 120 kV) thì đồng hồ vôn có giá trị điện áp bằng dm 120000U 120(V) 1000 == . Đồng hồ vôn được khắc độ kV. Khi đó sẽ chỉ 120 (kV). Để đo được chính xác thì dòng điện tiêu thụ trong vônmét không vượt quá 5% dòng định mức cuộn cao áp . Sơ đồ (b): Tạo một cuộn dây đo lường đặt bên thứ cấp máy biến áp để đặt đồng hồ vônmét (được khắc giá trị kV). Phương pháp này cũng giống như dùng máy biến điện áp. Đạt được độ chính xác cao. 3. Đo lường cao áp qua bộ phân áp dùng tụ điện: Phương pháp này dùng cho máy biến áp thử nghiệm cao áp có điện áp ra lớn. Người ta dùng phương pháp đo lường cao áp thực hiện qua bộ phân áp tụ điện. C1 – Bộ tụ cao thế. C2 – Bộ tụ hạ thế. - Điện áp rơi trên bộ tụ C1 là 11 1 q C U = - Điện áp rơi trên bộ tụ C2 là 22 2 q C U = U1 + U2 = Uđm = Ura Ura Uvào V Ura Uvào kV Hình a Hình b V Ura Uvào C1 C2 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm 94 - Bộ tụ C1 có nhiệm vụ chịu điện áp ra lớn rơi trên nó. Điện áp trên bộ tụ C2 sẽ chính bằng điện áp cần đo. Ta mắc đồng hồ vônmét khắc chia độ kV song song với bộ tụ C2. - Để loại trừ sai số lớn khi đo điện cao áp phải so sánh điện áp ra với trị số xác định từ trị số điện áp sơ cấp và hệ số biến áp. IV. Chọn phương án đo: Như phần trên đã phân tích, cách đặt đồng hồ hạ áp kết quả đo không chính xác. Trong diều kiện không có sẵn đồng hồ kV cũng như các thiết bị đo phía cao áp khác, ta có thể chọn phương án đo hình a hoặc b. cách này tương đối đơn giản, đảm bảo độ chính xác cao. Phương án hình a do phải đặt đầu đo phía cao áp nên cần phải chú ý yêu cầu cách điện cao. Ta sẽ chọn phương án hình b. ta sẽ mắc thêm vào trụ thép một cuộn dây dùng để đo lường có điện áp định mức 120 (V), khi U1 = 220 (V) tương ứng với U2 = 120 (kV). Đồng hồ sẽ được khắc độ kV theo tỷ lệ 1/1000. Thực tế, nhiều máy biến áp thử nghiệm khi chế tạo đều có thên cuộn đo. Hai đầu cuộn dây này được đấu trên nắp thùng, khi đó cuộn hạ áp được xem như cuộn sơ cấp của máy biến điện áp có U1 = 220 (V). W1 = 68 (vòng). Số vòng dây cuộn đo thứ cấp sẽ được tính: ' ' 2 2 ' 1 u 1 2 0w . 6 8 . 3 7 u 2 2 0 w = = = (vòng) TÀI LIỆU THAM KHẢO 1 – Thiết kế máy biến áp điện lực. Phan Tử Thụ 2 – Thiết kế máy biến áp. Phạm Văn Bình Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm 95 Lê Văn Doanh 3 – Giáo trình kỹ thuật điện cao áp. Võ Viết Dạn 4 – Sổ tay vật liệu kỹ thuật điện. Bộ Điện Và Than 5 – Khối lượng và tiêu chuẩn thử nghiệm. Bộ năng lượng 6 – Công nghệ chế tạo máy điện và máy biến áp. Nguyễn Đức Sỹ 7 – Bảo dưởng và thử nghiệm thiết bị trong hệ thống điện. Lê Văn Doanh Phạm Văn Chới Nguyễn Thế Công Nguyễn Đình Thiên 8 – Vật liệu kỹ thuật điện. Nguyễn Xuân Phú Hồ Xuân Thanh 9 – Thiết kế máy điện. Nguyễn Hồng Thanh Trần Khánh Hà MỤC LỤC Lời nói đầu ................................................................................................. 1 Chương I. Tìm hiểu về máy biến áp cao áp ............................................... 3 I. Nguyên lý cấu tạo của bộ thử nghiệm cao áp ..................................... 3 II. Các loại máy tạo điện áp cao dùng trong thử nghiệm ........................... hiện nay ............................................................................................. 13 III. Ý nghĩa của máy biến áp cao áp một pha.......................................... 27 IV. Thử nghiệm cao áp ........................................................................... 28 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm 96 V. Những thử nghiệm thiết bị dùng máy tạo điện áp cao ..................... 35 Chương II. Tìm hiểu công nghệ chế tạo máy biến áp cao áp .................. 44 Chương III. Chọn phương án dây quấn ................................................... 46 A. Phương án 1 ....................................................................................... 46 B. Phương án 2 ....................................................................................... 47 C. Phương án 3 ....................................................................................... 48 D. Phương án 4 ....................................................................................... 49 E. Phương án 5 ....................................................................................... 51 F. Phương án 6 ....................................................................................... 52 Chương IV. Tính tốn lõi thép và dây quấn máy biến áp .......................... 55 § 4.1. Tính tốn các kích thước chủ yếu ................................................... 56 I. Tính các đại lượng cơ bản ............................................................... 56 II. Chọn số liệu xuất phát và tính tốn các kích thước chủ yếu ............. 56 § 4.2. Tính tốn dây quấn ......................................................................... 64 I. Dây quấn hạ áp ................................................................................ 64 II. Dây quấn cao áp ............................................................................... 68 § 4.3. Xác định các kích thước cụ thể của lõi sắt .................................... 76 Chương V. Xác định các tham số của máy .............................................. 81 I. Xác định tổn hao ngắn mạch ............................................................ 82 II. Xác định điện áp ngắn mạch ............................................................ 83 III. Tính tổn hao không tải ..................................................................... 85 IV. Tính dòng điện không tải ................................................................. 87 V. Tính tốn nhiệt của dây quấn ............................................................. 90 VI. Thiết kế thùng dầu và tính tốn nhiệt của thùng dầu ......................... 90 VII. Trọng lượng máy biến áp ................................................................. 94 VIII. Chọn sứ ........................................................................................... 94 Chương VI. Tính mạch bảo vệ đo lường và điều khiển ........................... 97 I. Giới thiệu về bàn điều khiển .............................................................. 97 II. Chọn mạch điều khiển ....................................................................... 98 III. Đo lường điện áp thử nghiệm .......................................................... 103 IV. Chọn phương án đo ......................................................................... 106 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm 97 Tài liệu tham khảo ................................................................................. 107