Đồ án Tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm dầu

điện*chiều dày của một lớp (mm) là 0,12(mm) đầu thừa cách điện ở một đầu dây quấn là lđ2=1,6 (mm) 60.Phân phối lại các lớp dây quấn. • Do số lớp của dây quấn được lấy tròn thành số nguyên nên số vòng dây trong mỗi lớp không đúng bằng 213 vòng đã xác định ở trên , do đó cần phải phân phối lại sao cho số vòng dây giữa các lớp gần xấp xỉ với số đó . ta có thể phân phối như sau 5 lớp . 213 vòng = 1065 vòng 2 lớp . 180 vòng = 360 vòng 1 lớp . 249,33 vòng = 249,33vòng Tổng : 8lớp = 1674,33 vòng * Để tăng điều kiện làm mát dây quấn CA ta phân thành 2 tổ lớp . tổ lớp trong làm nguội khó khăn hơn nên bố trí 3 lớp có số vòng dây trong 1 lớp ít hơn 2 lớp . 180 vòng = 360 vòng 1 lớp . 249,33 vòng = 249,33vòng Tổ lớp ngoài bồ trí 5 lớp . 213 vòng =1065 vòng Giữa hai lớp ta cần đặt một rãnh dầu dọc trục rộng a’22 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm dầu SINH VIÊN :BUI THI LUONG 55 61. Chiều dày dây quấn CA. a '2 =d '2 (n+m)+δ 2l [(n-1)+(m-1)]+ a '22 (3.37a TL1) Trong đó : m,n: Là số lớp của mỗi tổ lớp. m=5: Số lớp của tổ lớp trong dây quấn CA. n=3 Số lớp của tổ lớp ngoài dây quấn CA. a '2 =0,7 (cm) δ 2l = 0,5 (cm) : Chiều dày lớp cách điện giữa CA và HA d’2 =2,64 mm => a '2 =2,64. 8+5[(3-1)+(5-1)]+7= 58,12 mm 62.Đường kính trong của dây quấn CA. D '2 =D ''1 +2.a12 (3.56 TL1) Trong đó: D ''1 = 0,251 ( m) : Là đường kính ngoài của dây quấn HA D ''2 = 0,251 + 2.0.009 = 0,269 ( m) 63.Đường kính ngoài của dây quấn CA. D’ ''2 = D '2 +2.a2 (3.57 TL1) D’ ''2 = 0,269 + 2.58,12.10 3 = 0,386 ( m) 64.Khoảng cách giữa 2 trục cạnh nhau. C= D ''2 +a22 (3.58) C = 0,386+ 20.10-3 = 0,406 ( m ) 65.Bề mặt làm lạnh của dây quấn CA. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm dầu SINH VIÊN :BUI THI LUONG 56 Vì dây quấn CA có 2 tổ lớp, giữa chúng có rãnh dầu làm lạnh và tổ lớp dây quấn lên hình trụ, có que nêm thì có 4 mặt làm lạnh. Ta có bề mặt làm lạnh dây quấn CA là. M2= n.t.k.π .(D '2 +D ''2 ).l1.10-4 (m2) (3.59b TL1) Trong đó : k=0,8 là hệ số kể đến sự che khuất bề mặt dây quấn do que nêm và các chi tiết cách điện khác n=2 : Số tổ lớp. t=3: Số trụ của MBA. l1=l2= 5 63(cm) D '2 =0,269( m) D ''2 = 0,386( m) => M2=2.3.0,8.3,14.( 0,269 + 0,386). 0,5 63= 5,56 (m2) 66.Trọng lượng dây quấn CA. GCu2=28.t. 2 '' 2 ' 2 DD + .W2đm.T2.10-5 ( kg) (4-5) Trong đó : W2đm= 1594,6 (vòng) T2= 3,94 (mm2): Tiết diện dây quấn CA => GCu2=28.3. 2 386,0269,0 + . 1594,6 .3,94 .10-3 = 172,84(KG) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm dầu SINH VIÊN :BUI THI LUONG 57 Theo bảng 23 ta cần phải tăng trọng lượng do cách điện của dây đồng lên 10% đối với dây dẫn đồng tròn , mã hiệu лв. Khi đó trọng lượng dây quấn đồng CA kể cả cách điện : Nên lúc này ta có Gdd2= 1,01 .172,84 = 174,57(KG). 67.Toàn bộ trọng lượng dây quấn bằng đồng của cuộn CA& HA. GCu= GCu1+ GCu2= 106,85 + 172,84 = 279,69 (Kg) 68.Toàn bộ trọng lượng dây quấn kể cả cách điện. Gd d = Gdd1+ Gdd2= 108,98 + 174,57 =283,55(KG) CHƯƠNG IV TÍNH TOÁN THAM SỐ KHÔNG TẢI NGẮN MẠCH Tính toán ngắn mạch liên quan đến việc tính toán tổn hao ngắn mạchPn, điện áp ngắn mạch, dòng điện cực đại khi ngắn mạch In, lực cơ giới trong dây quấn và sự phát nóng của dây quấn khi ngắn mạch. I .XÁC ĐỊNH TỔN HAO NGẮN MẠCH. Tổn hao ngắn mạch của MBA hai dây quấn là tổn hao tổng MBA khi ngắn mạch một dây quấn còn dây quấn kia đặt vào điện áp Un để cho dòng điện trong hai dây quấn đều bằng định mức. Tổn hao ngắn mạch gồm các thành phần sau: Tổn hao chính: Là tổn hao đồng trong dây quấn HA & CA do dòng điện gây ra PCu2,PCu1. Tổn hao phụ trong hai dây quấn: Do từ thông tản xuyên qua dây quấn làm cho dòng điện phân bố không đều trong tiết diện dây gây ra Pr1,Pr2. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm dầu SINH VIÊN :BUI THI LUONG 58 Tổn hao phụ trong dây dẫn ra: Prf1,Prf2: Thường tổn hao này rất nhỏ có thể bỏ qua. Tổn hao chính trong dây dẫn ra pr1 , p r2 : Tổn hao trong vách thùng dầu và kết cấu kim loại khác Pt: do từ thông tản gây nên, thường thì tổn hao phụ được tính gộp vào trong tổn hao chính bằng cách thêm vào hệ số tổn hao phụ Kf Vậy tổn hao ngắn mạch là: Pn=kf(KCu2+PCu1)+Pr1+Pr2+Pt (W) II.Tổn hao chính 69.Tổn hao đồng trong dây quấn HA *Như ta đã biết PCU tỉ lệ bình phương của mật độ dòng điện vì vậy khi bảo đảm cho PCU bằng hằng số, nếu ΔTăng thì GCU phải giảm. Nhưng ta sẽ không đặt vấn đề tăng nhiều Δ để giảm trọng lượng đồng GCU . Vì vậy trọng lượng đồng khồng giảm được bao nhiêu mà tổn hao đồng sẽ tăng lên nhiều ( Có thể quá mức qui định ). Đồng thời dây quấn sẽ phát nóng nhiều và ta phải dùng nhiều dầu và phải tính toán thêm cho phần tản nhiệt. PCU1 = 2,4. Δ12.GCU1 =2,4 .( 3,1)2 .106,85 = 2464,4 (W) ( 4.3TL1 ) Với : 1Δ = 3,1 A/ mm2 : mật độ dòng điện thực của dây quấn HA GCU1 = 106,85 kg : trọng lượng dây quấn HA 70.Tổn hao đồng trong dây quấn CA PCU2= 2,4.Δ22.GCU2 = 2,4.( 2,67)2.172,84 = 2957,195 (W) (4.57 TL1) Với : Δ 2 = 2,67 A/mm2 : mật độ dòng điện thực trong dây quấn CA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm dầu SINH VIÊN :BUI THI LUONG 59 GCU2 = 172,87 kg : trọng lượng dây quấn CA III.Tổn hao phụ Tổn hao phụ trong hai dây quấn: Do từ thông tản xuyên qua dây quấn làm cho dòng điện phân bố không đều trong tiết diện dây gây ra :pf Tổn hao phụ được ghép vào tổn hao chính bằng cách thêm vào một hệ số kf vào tổn hao chính : Pf + p cu = pcu . kf theo 4-9 TL1 Do đó việc xác định tổn hao phụ là xác định trị số kf . trị số này đối với mỗi loại dây quấn thì khác nhau . nó phụ thuộc vào kích thước hình học của dây quấn , vào sự xắp xếp của dây dẫn trong từ trường tản 71.xác định hệ số k f 1 trong dây quấn HA. Đối với dây quấn đồng tiết diện chữ nhật , và n= 2 là số thanh dẫn của dây quấn thẳng góc với từ thông tản , ta có công thức 4-10b TL1 KF1= 1+ 0,095β2.a4. n2 Trong đó: a= 0,56 cm : là kích thước của dây dẫn theo hướng thẳng góc với từ thông tản β = ( l mb. .KR)2 theo 4-11b TL1 Với : b = 8,5 mm : là kích thước dây dẫn theo hướng song song với từ thông tản ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm dầu SINH VIÊN :BUI THI LUONG 60 m = wlHA = 14,5 là số thanh dẫn của dây quấn song song với từ thông tản KR =0,95 : Hệ số qui đổi từ trường tản l= l1 = 56,3 (cm) => β2 =( 3,56 5,14.85,0 .0,95)2 = 0,043 => Kf1= 1+0,095.0,0432.(0,56)4.(2)2= 1,0002 72.Xác định hệ số kf2 trong dây quấn CA. Đối với dây đồng tiết diện tròn và n=8 > 2 là số thanh dẫn thẳng góc với từ thông tản . áp dụng 4-10c ta có : kf2 = 1+ 0,044 . β2 . d42 .n2 Trong đó : d2 =2,24 mm= 0,224 cm : là đường kính của dây dẫn tròn dây quấn CA β’= 222 )..( Rl kl Wd Với : Wl 2 = 213 : là số thanh dẫn của dây quấn CA song song với từ thông tản l=l1=56,3 (cm) : chiều cao dây quấn CA kr =0,95. Hệ số qui đổi từ trường tản => β’ =( 563 213.224,0 .0,95)2 = 0,65 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm dầu SINH VIÊN :BUI THI LUONG 61 => Kf2= 1+0,044 . 0,65 2 . .0,2244 . 82 = 1,003 73.Tổn hao chính trong dây dẫn ra.pr1 pr2n Để xác định được tổn hao trong dây dẫn ra ta lần lượt đi xác định trọng lượng đồng và chiều dài dây dẫn ra trong dây quấn CA và HA : 74.Tổn hao chính trong dây dẫn ra dây quấn HA. lr1=7,5.l1=7,5. 56,3 = 422,25 (cm) : Chiều dài dây dẫn ra đối với dây quấn nối Y . theo 4-18 TL1 Tr1= T HA =186,4 mm2 : Tiết diện dây dẫn ra của cuộn HA δ =8900 kg/ m3 : điện trở suất của đồng + Trọng lượng dây dẫn ra. Gr1= lr1.Tr1γ.10-8 (4.60 TL1) Gr1= 422,5 . 186,4 .8900.10-8 = 7,01 (kg) + Tổn hao đồng trong dây dẫn ra. Pr1= 2,4. Δ12.Gr1 =2,4.(3,1)2. 7,01 = 161,679 (W) theo 4-18 TL1 75.Tổn hao chính trong dây dẫn ra dây quấn CA. Pr2=2,4.Δ22.Gr2 Với : Gr2=lr2.Tr2.γ.10-8 Trong đó : Chiều dài dây dẫn ra: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm dầu SINH VIÊN :BUI THI LUONG 62 lr2 =7,5.l2=7,5.56,3=422,25 (cm) theo 4-14 TL1 đối với dây quấn nối Y Tr2=T CA = 3,94 mm2 : Tiết diện dây dẫn ra quấn CA δ = 8900 kg / m3 : điện trở suất của đồng => Gr2=422,25. 3,94 .8900.10-8= 0,15 kg + Tổn hao đồng trong dây dẫn ra cuộn CA. Pr2=2,4.Δ22.Gr2 =2,4. 2,672 . 0,15 = 2,57 (W) (4.63 TL1) 76.tổn hao trong vách thùng và các chi tiết kim loại khác pt Ta đã biết , một phần từ thông tản của máy biến áp khép qua vách thùng dầu , các xà ép gông , các bu lông và các chi tiết bằng sắt khác . tổn hao phát sinh trong các bộ phận này chủ yếu là trong vách thùng dầu và có liên quan đến tổn hao ngắn mạch . ta có thể xác định p t theo công thức kinh nghiệm pt = 10 . k .s ( W) theo 4-21 TL1 Trong đó : k= 0.015 : tra bảng 40a TL1 => pt = 10.400.0015 = 60 ( W) 77.Tổng tổn hao ngắn mạch. Pn =PCu1.Kf1+PCu2.Kf2+Pr1+Pr2 + pt (4.64 TL1) Pn = 2464.1,0002 + 2957,19 .1,003 + 161,679 + 2,57 +60 ( W) Pn = 5654,4 ( W) Vậy tổn hao tính toán vượt quá tổn hao bài cho là: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm dầu SINH VIÊN :BUI THI LUONG 63 %100. 5750 57504,5654 − = - 1,66 Nằm trong phạm vi cho phép + - 5% IV.XÁC ĐỊNH ĐIỆN ÁP NGẮN MẠCH.(Un) Điện áp ngắn mạch của m.b.a hai dây quấn un % là điện áp đặt vào một dây quấn với tần số định mức , còn dây quấn kia nối ngắn mạch sao cho dòng điện hai phía đều bằng các dòng điện định mức tương ứng . Un % là một tham số rất quan trọng ảnh hưởng tới những dặc tính vận hành cũng như kết cấu của máy.Thật vậy : Khi Un% bé thì dòng điện ngắn mạch In lớn gây nên lực cơ học trong MBA lớn. Khi Un% lớn thì điện áp giáng ΔU ở trong MBA tăng lên ảnh hưởng đến các hộ dùng điện.( đèn tối , mở máy động cơ không đồng bộ khó khăn ...) Sự phân phối tải giữa các MBA làm việc song song với Un khác nhau sẽ không hợp lí. Không tỉ lệ với dung lượng của máy mà tỉ lệ nghịch với điện áp ngắn mạch Un%. Ta đã biết điện áp ngắn mạch toàn phần : Un= 22 nxnr UU + ( %) Trong đó : Unr : là thành phần tác dụng của un U nx : là thành phần phản kháng của un 78. Thành phần điện áp ngắn mạch tác dụng. Unr= S Pn .10 = 400.10 4,5654 =1,414 % theo 4-22 TL1 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm dầu SINH VIÊN :BUI THI LUONG 64 Trong đó : pn = 5654,4 ( w) tổn hao ngắn mạch m.b.a S = 400 KVA dung lượng định mức m.b.a 79.Thành phần điện áp ngắn mạch phản kháng unx Ở đây ta thiết kế m.b.a dùng dây quấn đồng tâm và hai dây quấn có chiều cao bằng nhau :. Unx= 2 310...'...29,7 v RR U KaSf −β ( %) theo 4-23 TL1 Trong đó: β= l d12.Π = 3,56 7,26.14,3 = 1,49 S’= 133,3 KVA : công suất trên mỗi trụ aR= a12 + 3 21 aa + = 0,031( m) Uv=8,13 (V) Kr = 0,95 : hệ số Unx= 213,8 031,0.49,1.3,133.50.92,7 . 0,95 . 10-1 = 3,5% 80 Điện áp ngắn mạch toán phần là. Un= 22 nxnr UU + = 22 5,3414,1 + = 3,775 % Như vậy điện áp ngắn mạch nhỏ hơn tiêu chuẩn là 4 4775,3 − . 100 = - 5,63 % ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm dầu SINH VIÊN :BUI THI LUONG 65 Thoả mãn điều kiện sai lệch +, - 5% cho phép V.TÍNH TOÁN LỰC CƠ HỌC CỦA DÂY QUẤN M.B.AKHI NGẮN MẠCH Khi m.b.a bị sự cố ngắn mạch thì dòng điện ngắn mạch rất lớn sẽ gây lên lực cơ học rất nguy hiểm đối với dây quấn m.b.a . Bởi vậy để đảm bảo cho m.b.a làm việc an toàn , khi thiết kế máy ta phải xét đến lực cơ học tác dụng lên dây quấn khi ngắn mạch xem độ bền điện của dây quấn m.b.a có đủ hay không . do đó ta phải xác định : Trị số dòng điện cực dại của dòng điện ngắn mạch Xác định lực cơ giới giữa các dây quấn Tính ứng suất cơ của các đệm cách điện giữa các dây quấn và bản thân dây quấn 81.Xác định trị số hiêu dụng của dòng điện ngắn mạch cực đại a.Trị số hiệu dụng của dòng điện ngắn mạch xác lập Tiêu chuẩn của quốc tế quy định , tính toán trị số hiệu dụng của dòng điện ngắn mạch xáclập phải kể đến tổng trở của mạng cung cấp cho đầu phân áp chính của dây quấn . theo 4-30a TL1 : In = ) .100 1( .100 nn dm n dm Su S u I + ( A) Trong đó : Iđm = 10,479 A : là dòng điện định mức của đầu phân áp Un = 3,775 % ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm dầu SINH VIÊN :BUI THI LUONG 66 Sđm = 400 KVA : dung lượng định mức của m.b.a Sn = là công suất ngắn mạch của mạng cung cấp Sn = 2500.103 ( KVA) ( 40-b TL1) => In = ) 10.2500.775,3 400.1001.(775,3 479,10.100 3 + = 276,42( A) b.Trị số dòng điện ngắn mạch cực đại tức thời: Trong quá trình ngắn mạch đột nhiên thì dòng điện ngắn mạch gồm 2 phần : một thành phần chu kì và một thành phần tự do không chu kỳ , chính thành phần tự do không chu kỳ làm trị số dòng điện ngắn mạch tức thời tăng lên rất lớn : imax = .2 . In . ( 1+ e òn ñn u u.π− ) (A) theo 4-31 TL1 => imax = 2 . 276,42 . ( 1+ e 5,3 414,1.π− ) = 500,85 ( A) VI.TÍNH LỰC CƠ GIỚI GIỮA CÁC DÂY QUẤN LÚC NGẮN MẠCH. Lúc ngắn mạch dây quấn chịu lực cơ giới rất lớn . nếu không xét kỹ có thể lực cơ giới làm hỏng dây quấn . Lực cơ giới sinh ra do tác dụng của dòng điện trong dây quấn với từ thông tản Ở đây trong trường hợp hai dây quấn cùng chiều cao và các vòng dây phân bố đều đặn trên toàn chiều cao . Nên từ trường tản gồm có thành phần ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm dầu SINH VIÊN :BUI THI LUONG 67 dọc trục với từ cảm B và thành phần ngang trục với từ cảm B’ . Ưng với mỗi từ trường tản sẽ có lực tác dụng tương ứng 82.Lực hướng kính.Fk : Do từ trường tản dọc B tác dụng với dòng điện gây nên : FK=0,628(imax.W)2.β.KR.10-6 ( N) theo 4-34 TL1 Fk = 0,628 .( 500,85 . 1594,6)2 .1,49 . 0,95. 10 -6 = 565201( N) Lực Fk đối với hai dây quấn là trực đối với nhau , có tác dụng ép , nén đối với dây quấn trong và có tác dụng đẩy đối với dây quấn ngoài . Lực này phân bố đều theo chu vi của hai dây quấn 83.Lực hướng trục F’T : Do từ trường tản ngang tác dụng với dòng điện sinh ra F 'T =FK. l aR .2 ( N) theo 4-36 TL1 F’T =565201. 563,0.2 031,0 = 15560,59 ( N) F 'T là lực tác dụng ép của 2 dây quấn theo chiều trục và như vậy F 'T lớn nhất là ở giữa 2 dây quấn vì hai đầu ép lại và có khuynh hướng làm sập những vòng dây ngoài cùng nếu quấn không chặt. Do cuộn dây phân bố đều theo chiều quấn nên không có từ trường tản ngang => không có lực hướng trục thứ hai : F’’T = 0 Dựa vào sự phân bố lực ép vào dây quấn ( hình vẽ) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm dầu SINH VIÊN :BUI THI LUONG 68 l 1 2 F'T Fe = F'T FG = 0 FG = 0 F''T = 0 F''T = 0 FG = 0 Fe = F'T FG = 0 d©y quÊn 1 d©y quÊn 2 (C¸c lôc Ðp chiÒu trôc ®èi víi vÞ trÝ tu¬ng hç giòa 2 d©y quÊn kh¸c nhau) Ta thấy lực ép cực đại ở giữa chiều cao dây quấn : Fe = F’T - F’’T = F’T Còn lực đẩy lên gông FG = 0 VII. TÍNH ỨNG SUẤT CỦA DÂY QUẤN Ứng suất của dây quấn là chỉ sự chịu đựng của dây quấn đối với lực cơ giới 84.Ứng suất lực căng trong dây quấn CA Ứng suất này do lực hướng kính FK gây nên σk= 22 2 ..2 WT Fk π ( MN/m 2) theo 4-38 và 4-39 TL1 Trong đó : T = TCA = 3,49 mm2 : tiết diện một vòng dây cuộn CA W = WCA đm =1594,6 vòng : số vòng dây của dây quấn tương ứng ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm dầu SINH VIÊN :BUI THI LUONG 69 σ k= 6,1594.94,3.14,3.2 565201 = 14,33 ( MN/ m2 ) Trị số này phù hợp với tiêu chuẩn đối với m.b.a dưới 1600 KVA , 30 ÷ 40 MN/m2. 85.Ứng suất giữa các vòng dây trongcuộn HA Ứng suất này chủ yếu do lực chiều trục ép F e gây nên : σe = ( )[ ]( )11111 2 ''' aaDD Fe −+π ( MN/ m2 ) theo 4-40 TL1 Trong đó : Fe = F’T1=15560,59 ( N) : Là tổng hợp lực lớn nhất D1’= 22(cm) : đường kính trong của dây quấn HA chịu lực ép lớn nhất D1’’= 25,1cm : đường kính ngoài dây quấn HA a1-a11= 2.a’ = 2.6,1 = 12,2 mm => σe = ( ) ( ) 210.22,1 2 1,252214,3 59,15560 −+ = 1,75 MN/m 2 Tại số σe = 1,7 5MN/m2 đạt tiêu chuẩn với máy có công suất S,6300KVA (σe ≤ 18 ÷ 20 MN/m2) Chương V TÍNH TOÁN CUỐI CÙNG MẠCH TỪ 5.1. CHỌN KẾT CẤU LÕI THÉP : Để đảm bảo tính kinh tế cũng như đơn giản trong việc chế tạo , tính toán . ta chọn kết cấu lõi thép kiểu 3 pha 3 trụ , lá thép gép xen kẽ làm bằng ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm dầu SINH VIÊN :BUI THI LUONG 70 tôn cán lạnh mã hiệu 3405 dày 0,3 mm , có 4 mối nối nghiêng ở 4 góc , còn ở giữa ta dùng mối ghép thẳng lá tôn như hình vẽ Tra bảng 4 theo đường kính trụ sắt d = 0,18 m và công suất S =400 KVA ta có số bậc của trụ là 6 với ép trụ bằng nêm và dây quấn Số bậc thang của gông ta chọn nhỏ hơn số bậc thang của trụ là 5 ( 4 bậc đầu của gông trùng với 4 bậc của trụ , còn 1 bậc ngoài cùng thì tương ứng với 2 bậc ngoài cùng của trụ ) 5.2. XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CỤ THỂ CỦA LÕI SẮT 86.Chiều rộng và chiều dày của tập lá thép ( mm) của mạch từ Tra bảng 41a theo đường kính trụ d=18cm ta có kích thước cụ thể các tập lá thép tiết diện trụ có 6 bậc , gông 5 bậc Thứ tự tập Kích thước các tập trong trụ Kích thước các tập trong gông 1 175×21 175×21 2 155×25 155×25 3 135×13 135×13 4 120×8 120×8 5 95×9 95×17 6 65×8 87.Xác định tiết diện của một nửa trụ 2 1 TT = ( 17,5 . 2,1) + ( 15,5 . 2,5) +( 13,5 .1,3 ) + ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm dầu SINH VIÊN :BUI THI LUONG 71 + ( 1,2 .0,8 ) +( 9,5.0,9)+ ( 6,5 .0,8 ) = 116,4 cm2 88.Tính tổng chiều dày các lá thép của nửa tiết diện trụ : 2,1 + 2,5 +1,3 +0,8 + 0,9 + 0,8 = 8,4 cm 89.Toàn bộ tiết diện bậc thang của trụ : T bt = 2.( 2 1 Tt ) = 2. 116,4 = 232 ,8 cm2 90. Tiết diện hữu hiệu của trụ : TT= Kd.TbT = 0,97 . 232,8 = 225,816 ( cm2 ) 91.Xác định tiết diện của một nửa gông Vì gông có 5 bậc ( 4 bậc đầu trùng với 4 bậc của trụ , còn một trùng với 2 bậc ngoài của trụ ) tức là ở bậc thứ 5 của gông thì bề dày của gông sẽ bằng bề dày của trụ ở ( bậc 5 + bậc 6 ) 2 1 TG = ( 17,5.2,1) +( 15,5 . 2,5 ) + ( 13,5 .1,3 ) + + ( 12 .0,8 ) + ( 9,5 .1,7) = 118,8 cm2 92. Toàn bộ tiết diện bậc thang của gông TbG = 2. 118,8 = 237,6(cm2) 93. Tiết diện hữu hiệu của gông TG= 0,97. 237,6 = 230,42 (cm2) 94.Chiều rộng của gông bG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm dầu SINH VIÊN :BUI THI LUONG 72 Bằng tổng chiều dày các lá thép của trụ bG = 2.8,4 = 16,8 cm 95.Chiều dài trụ lT = l1 + l01 cm Trong đó : l1 = l2 = 56,3cm : chiều cao dây quấn CA, HA l01 = l02 = 1,5 cm : khoảng cách cách điện từ cuộn CA, HA đến gông lT = 56,3 +2.1,5 = 59,3 cm 96. Khoảng cách tâm trục của 2 cạnh bằng nhau C= D2”+ a22 = 38,6 + 0,9 = 39,5 cm Trong đó : D2’’ = 38,6 cm : đường kính ngoài dây quấn CA a22 = 0,9 cm : khoảng cách cách điện giữa hai dây quấn CA cạnh nhau 97. Trọng lượng sắt toàn phần của gông là GG= G’G + G”G (kg) . Trọng lượng gông (Trọng lượng sắt) G’G = 2(t-1)c. TG.γ. 10-6 (5.82 TL1) Trong đó: t=3 : là số trụ tác dụng γ=7650kg/m3 : tỷ trọng của thép cán lạnh TG=230,47(cm2) : tiết diện hữu hiệu của gông ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm dầu SINH VIÊN :BUI THI LUONG 73 c= 39,5 (cm) : khoảng cách giữa 2 tâm trụ cạnh nhau => G’G = 2(3-1).39,5 .230,4757650.10-6(kg) G’G = 277,95 ( kg) Gg:Trọng lượng thép một góc mạch từ. Đó là phần chung nhau của trụ và gông giới hạn bởi 2 trụ vuông góc nhau Gg= 2Kd. γ.10-6(a1T.a1G.b1T+a2T.a2G.b2T+...+anT.anG.bnT) (5.83 TL1) a1T, a1G... là chiều rộng của từng tệp lá thép trụ và gông ở mối nối b1T, b2G... là chiều dày của các tệp lá thép trụ a1G = a1T = 17,5 cm b 1T = 2,1 cm a2G = a2T = 15,5 cm b2T = 2,5 cm a3G = a 3T = 13,5 cm b3T = 1,3 cm a4G = a4T = 12cm b4T = 0,8 cm a5G =a5T =9,5 cm b5T = 0,9cm a6T = 6,5 cm b6T = 0,8 cm a6G = 9,5 cm Gg= 2.0,97.7650.10-6(17,5.17,5.2,1+15,5.15,5.2,5 + + 13,5.13,5.1,3+ 12.12.0,8+9,5.9,5.0,9+ 6,5.9,5.0,8) Gg = 25,63(g) 98. Trọng lượng sắt ở 4 mối nối góc là G”G = 4. 2 Gg = 2.Gg = 2. 25,6 = 51,26 (kg) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm dầu SINH VIÊN :BUI THI LUONG 74 G G = G’G + G’’G = 277,95 +51,26 = 329,21 ( kg) 99 Trọng lượng thép ở trụ G’T = t.TT. lT. γ.10-6 (5.85 TL1) Trong đó: TT= 225,816 (cm2) : tiết diện hữu hiệu của trụ lT = 59,3(cm) : chiều dài trụ t=3 : số trụ tác dụng của dây quấn => G’T= 3.225,816 . 59,3.7650.10-6 = 296,33 (kg) 100. Trọng lượng sắt của phần nối trụ với gông G”T= t .(TT.a1G. γ.10- 6 - Gg) (5.86 TL1) Trong đó : t = 3 TT= 225,816(cm2) a1G= 17,5 cm Gg= 25,6(kg) => G”T= 3(225,816 . 17,5 .7650.10-6-25,6) = 13,47(kg) 101. Trọng lượng sắt toàn bộ của trụ GT= G’T+ G”T= 296,3 +13,47 = 309,8 (kg) 102. Trọng lượng sắt toàn phần của lõi thép: GFe= GG + GT= 329,21+ 309,8 = 639,01( kg) (5.88 TL1) 5.3 TÍNH TOÁN CÁC THAM SỐ KHÔNG TẢI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm dầu SINH VIÊN :BUI THI LUONG 75 Khi cấp điện áp xoay chiều định mức ta có tần số định mức vào cuộn dây sơ cấp và các cuộn dây khác hở mạch gọi là chế độ không tải . tổn hao ứng với chế độ đó gọi là tổn hao không tải Xác định trị số tự cảm trong lõi sắt Từ cảm trong trụ BT= T V Tf U ..44,4 104 (T) Theo 5-16TL1 Trong đó: UV= 8,13(V) TT= 225,816(mm2) => BT= 8,225.50.44,4 10.13,8 4 = 1,62 (T) - Tự cảm trong gông BG= BT. G T T T = 1,62 472,230 816,225 = 1,589 (T) (5.90 TL1 ) - Tự cảm mối nối nghiêng là: Bn= 2 TB = 2 62,1 =1,146 (T) *Dựa vào các trị số từ cảm trên , cùng với mã hiệu tôn3405 dày 0,30 mm . theo bảng 45 ta tìm được - Suất tổn hao trong thép : - Suất tổn hao trong trụ: PT= 1,194(W/kg) - Suất tổn hao trong gông: PG = 1,113 (W/kg) - suất tổn hao ngoài khe hở không khí ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm dầu SINH VIÊN :BUI THI LUONG 76 . Đối với trụ :PKT= 0,0661 ( W/cm2) . Đối với gông :PKG= 0,063 ( w/cm2 ) . Đối với mối nối nghiêng :PKn= 0,030 ( w/cm2) 103.Xác định tổn hao không tải trong m.b.a( P0) Tổn hao không tải của m.b.a bao gồm : tổn hao trong lá thép silic , tổn hao trong vỏ máy , và các chi tiết bằng sắt khác , tổn hao đồng trong dây quấn do dòng điện không tải io gây ra , tổn hao do dòng điện rò trong các chất cách điện Vì m.b.a có mạch từ phẳng , làm bằng tôn cán lạnh , ép trụ và gông bằng đai , có xà ép gông , có nêm dây quấn ép trụ , không làm bulông xuyên lõi và khi xét đến tất cả những ảnh hưởng thì tổn hao không tải được tính : PO = kgp . ktp .kep . kcpkbp. . ( ) ( ) ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ ++++−+ ∑ KkkgptgpnggtgdGGTt TnpkkkkGppGkGPGp .....2... '''' ( W) Theo5-19 Trong đó: kgp: là hệ số tăng cường tổn hao ở gông . đối với gông có số bậc ít hơn một bậc so với trụ , ta lấy : kgp = 1 ,0 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm dầu SINH VIÊN :BUI THI LUONG 77 ktp : là hệ số tổn hao do tháo nắp gông trên để lồng dây quấn vào trụ làm chất lượng lá thép gỉam tổn hao tăng lên , lấy ktp = 1,01 kep : hệ số tổn hao do ép trụ để đai, đối với m.b.a công suất 400 KVA ta lấy kep = 1,0 kcp : hệ số kể đến tổn hao do cắt dập lá tôn thành tấm . do tôn sau khi cắt dập có ủ , lấy kcp= 1,01 kbp : hệ số kể đến tổn hao do gấp mép hoặc cắt bavia . do tôn có ủ lại sau khi gấp mép hoặc cắt bavia , lấy kbp = 1,0 kd : hệ số biểu thị số lượng góc nối của mạch từ cần phải tính đến ảnh hưởng của tổn hao sắt, đổi với m.b.a 3 pha thì kd = 4 kn .k’gp + kt .k’’gp = kgp : Là hệ số kể đến tổn hao phụ ở các góc nối của mạch từ tuỳ theo sự phối hợp số lượng mối nối thẳng và nghiêng khác nhau . ta lấy kgp = 8,85 nk : là số khe hở không khí giữa các lá thép trong mạch từ ghép thẳng và nghiêng Ghép thẳng : Đối với trụ : nKT = 1 Đối với gông : nKG =2 Ghép nghiêng : nKn = 4 TK : là tiết diện khe hở không khí Ghép thẳng : TKT = T T = 225,8 cm2 TKG = TG = 230,4 cm ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm dầu SINH VIÊN :BUI THI LUONG 78 Ghép nghiêng : TKN = 2 .TT =319,3 cm2 GT = 309,8 ( kg) G’G = 277,96 ( kg) Gg = 25,6 ( kg) P0 = 1,0.1,01. 1,0 .1,01 .1,0 .{1,194.309,8+1,113(277,95-4.25,6)+ + 2 113,1194,1 + .25,63.8,85+0,0661.225,8+0,063.2.230,4+0,028.4.319,3} P0 = 895,36 ( w) Sai lệch so với tiêu chuẩn là: 840 84036,895 − .100 = + 6,59% Nằm trong phạm vi cho phép: ± 7,5 % P0 như vậy là thoả mãn 104. Công suất từ hoá không tải Q0 Do m.b.a có kết cấu lõi thép trụ phẳng làm bằng thép cán lạnh , ép trụ và gông bằng nêm và dây quấn , không có bu lông xuyên lõi công nghệ chế tạo mạch từ có ủ lá tôn sau khi cắt dập theo 5-27 Q0= KGi. Kti. Kei.[ Kbi.Kci. (qT.GT + qG.(G’G –Kd.Gg) + 2 GT qq + .Gg .(Kn.K’gi + Kt . K”gi) ) +Σqk.nk. TK] (VA) Trong đó: - Kb. K’gi + K.K”gi= Kgi= 42,45: Là hệ số kể đến ảnh hưởng của góc nối do sự phối hợp khác nhau về số lượng mối nối nghiêng và thẳng, tra bảng 53 theo khe hở không khí với số lượng góc nối nghiêng và thẳng và từ cảm ta được kgi = 42,45 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm dầu SINH VIÊN :BUI THI LUONG 79 - KGi=1,08 :là hệ số làm tăng công suất từ hoá ở gông, khi số bậc trong gông gần bằng số bậc thang trong trụ - Kti= 1,02: Hệ số kể đến sự tăng công suất khi tháo lắp gông trên để cho dây quấn vao trụ - Kbi = 1,05: Hệ số kể đến việc cắt gọt bavia với lá thép ủ - Kci= 1,18: Hệ số kể đến ảnh hưởng của việc cắt dập lá tôn có ủ - Kei=1,04: Hệ số ảnh hưởng của việc ép mạch từ nk : là số khe hở không khí giữa các lá thép trong mạch từ ghép thẳng và nghiêng - Ghép thẳng : . Đối với trụ : nKT = 1 . Đối với gông : nKG =2 - Ghép nghiêng : nKN = 4 . TK : là tiết diện khe hở không khí - Ghép thẳng : TKT =T T = 225,8 cm2 TKG = TG = 230,4 cm2 - Ghép nghiêng : TKN = 2 .TT =319,3 cm2 . GT = 309,8 ( kg) . G’G = 277,96 ( kg) . qt = 1,645( VA/ kg) . qg = 1,48 ( VA/ kg) . kd =4 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm dầu SINH VIÊN :BUI THI LUONG 80 QO=1,08.1,02.1,04.{1,05.1,18.[1,645.309,8+1,48(277,954.25,6)+ 2 48,1645,1 + .25,6.42,45] +2,048.225,89+1,892.230,4+0,3.4.319,3} => Q0 = 5185,77( VA) 105. Tính toán dòng điện không tải toàn phần. i0%= %% 2020 rx ii + theo 5-32 TL1 Trong đó : i0x : là thành phần phản kháng dòng điện không tải. i0x%= S Q .10 0 = 400.10 77,5185 = 1,3 % (5.96 TL1) .i0r :là thành phần tác dụng của dòng điện không tải. i0r%= S P .10 0 = 400.10 36,895 = 0,224% (5.97 TL1) => Dòng điện không tải toàn phần. i0%= %% 2020 rx ii + = 22 224,03,1 + =1,32% Sai lệch so với tiêu chuẩn : 4,1 4,132,1 − .100 = - 5,7% Thoả mãn điều kiện : i0 % tính toán không vượt quá 15%so với dòng không tải tiêu chuẩn . i0 =1,4 106. Trị số dòng điện không tải của dây quấn HA. I0x=IHA. 100 0xI =577,35. 100 224,0 = 1,293 (A) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm dầu SINH VIÊN :BUI THI LUONG 81 I0r=IHA.100 0rI =577,35. 100 3,1 =7,51(A) I0=IHA.100 0I =577,35. 100 32,1 =7,62 (A) 5.4 HIỆU SUẤT CỦA MBA KHI TẢI ĐỊNH MỨC . η%=[1- ndm n PPP PP ++ + 0 0 ].100 % theo 5-23 TL1 Trong đó: P0=895,36 (W) Pn=5654,4 (W) Pđm= S = 400.103 (W) => η%=[1- 4,565436,89510.400 4,565436,895 3 ++ + ].100=98,36% Vậy hiệu suất của máy là 98,36 %. CHƯƠNG 6 TÍNH TOÁN NHIỆT,VỎ THÙNG MÁY BIẾN ÁP 6.1 ĐẠI CƯƠNG. Tính toán nhiệt là tính toán về nhiệt ở trạng thái xác lập ,nghĩa là khi MBA làm việc liên tục với tải định mức. ở trạng thái xác lập này toàn bộ nhiệt lượng do dây quấn và lõi sắt phát ra đều khuếch tán ra xung quanh.Đường khuếch tán của dây điện có thể phân ra làm các loại sau. a. Từ dây quấn hay lõi sắt ra một cuộn ngoài tiếp xúc với dầu bằng truyền dẫn b. Quá độ từ mặt ngoài dây quấn hay lõi sắt vào dầu ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm dầu SINH VIÊN :BUI THI LUONG 82 c. Từ dầu ở mặt ngoài dây quấn hay lõi sắt truyền tới mặt trong thùng dầu đối lưu d. Quá độ truyền từ dầu vào trong vách thùng dầu e. Cuối cùng là nhiệt từ vách thùng truyền ra không khí xung quanh bằng bức xạ và đối lưu. Nói chung trong phần tính toán nhiệt của MBA gồm các phần sau: + Tính nhiệt độ chênh qua từng phần gồm: • Nhiệt độ chênh trong lòng dây quấn hay lõi sắt với mặt ngoài của nó • Qua mỗi lần truyền nhiệt để nhiệt độ giảm dần nghĩa là nó gây nên một lượng sụy nhiệt độ, kết quả là so với môi trường không khí xung quanh thì các bộ phận trong MBA có nhiệt độ chênh nào đó • Trị số dòng nhiệt càng liệt càng lớn thì nhiệt độ chênh càng lớn θ0 • Nhiệt độ chênh giữa mặt ngoài dây quấn với đầu θ0 • Nhiệt độ chênh giữa dầu với vênh thùng θdt • Nhiệt độ vênh giữa vách thùng và không khí θtk + Chọn kích thước thùng dầu bảo đảm tỏa nhiệt tốt, nghĩa là làm sao cho nhiệt độ dây quấn lõi sắt và dầu không quá mức quy định. + Kiểm tra nhiệt độ chênh của dây quấn, lõi sắt và dầu đối với không khí. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm dầu SINH VIÊN :BUI THI LUONG 83 Như vậy việc tính toán nhiệt của MBA khá phức tạp, nó ảnh hưởng rất nhiều tới tuổi thọ của MBA và chế độ làm việc định mức của MBA. Việc tính toán nhiệt này cũng còn liên quan tới việc thiết kế thùng dầu và các bộ phận tản nhiệt khác. 6.2 TÍNH TOÁN CỤ THỂ VỀ NHIỆT CỦA MBA. I. Tính toán nhiệt độ chênh qua từng phần 107,Nhiệt độ chênh trong lòng dây quấn hay lõi sắt với mặt ngoài của nó. Gọi θ0 là nhiệt độ chênh. 108.Với dây quấn hạ áp : Làm bằng dây dẫn chữ nhật nên theo ( 6-1 TL1 ) ta có độ chênh nhiệt θ0HA = cd q λ δ. .10-4 Trong đó : δ : Là cách điện một phía dây quấn hạ áp . 2δ=0,5 (mm)=0,05 (cm) vậy δ=0,025 (cm) λcd: Là suất dẫn nhiệt của lớp cách điện của dây quấn, tra bảng 54theo vật liệu cách điện bằng giấy cáp dầu ta chọn λcd=0,0017 (W/cm0C) q: Mật độ dòng nhiệt trên bề mặt dây quấn HA .đối với dây quấn hình ống có rãnh dầu làm lạnh tiếp xúc với cả hai mặt , theo( 6-2a)đối với dây đồng ta có q1 = k 107 10-10 .b. 'a a 2 HAΔ .kf ( w/m2) HAΔ = 3,1 A /mm2 : mật độ dòng điện dây quấn HA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm dầu SINH VIÊN :BUI THI LUONG 84 a = 5,6 mm : chiều dầy dây dẫn tiêu chuẩn b = 8,5 mm : chiều rộng dây quấn tiêu chuẩn a’ = a+2.δ = 6,1 mm : chiều dầy kể cả cách điện k = 0,75 : là hệ số kể đến sự che khuất của các chi tiết cách điện đối với bề mặt làm lạnh của dây quấn => q1 = 75,0 107 . 10-10 . 8,5 . 1,6 6,5 . ( 3,1)2.1,02 = 1091,25 ( w/m2) => θHA= 0017,0 025,0.25,1091 .10-4=1,61 0C • Nhiệt độ chênh trung bình của dây quấn HA ( θ0tbHA ) θ0tbHA = 3 2 .θoHA = 3 2 .1,61 = 1,07 0C 109 Đối với dây quấn CA : là dây dẫn tròn Ta coi dây quấn CA như một khối có hai mặt tiếp xúc với dầu và qua tính toán cho thấy nhiệt độ phân bố trên dây quấn có dạng parabol Với chỗ nóng nhất là ở giữa dây quấn có nhiệt độ θ1 , mặt ngoài dây quấn được xác định là hiệu ( θ1 –θ2) θ0CA =θ1 -θ2 Ở đây dây quấn không có rãnh dầu ngang và khi dây quấn có rãnh dầu dọc đối với ống cách điện , theo ( 6-3b TL1) θ0CA = θ1 - θ2 = tb ap λ.8 . 2 0C Trong đó : ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm dầu SINH VIÊN :BUI THI LUONG 85 a: là chiều dày dây quấn CA : a = a2 = 58,12 m p : là tổn hao trong đơn vị thể tích dây quấn - Đối với dây đồng : p = p cu = 1,68 . ( ) '' 4 2 2 2 . 10.. dd d δ+ Δ − ( w/cm3) theo 6-4a Với : 2Δ = 2,67 A/mm2 : mật độ dòng điện trong dây quấn CA d = d2 = 2,24 mm : đường kính dây dẫn d’ = d +2δ = 2,64 mm: đường kính dây dẫn kể cả cách điện 2 phía δl = 5.0,12 cm : là chiều dày cách điện lớp => pcu = 1,68 . ( ) 264,0.12,0.5264,0 )224,0.(67,2 2 + .10 -4 = 0,986 .10- 4 ( w/cm3) * λtb : là sủât dẫn nhiệt trung bình tính theo (6-5 TL1) λtb = ( ) ' . ' . .. d d ll ll λλλ δλλ + + (w/cm3 0C ) . λl: là suất dẫn nhiệt của cách điện giữa các lớp điện , tra bảng 54 theo vật liệu cách điện lớp bằng giấy cáp tẩm dầu : λl = 0,0017 (w/cm3 0C ) . λ: là suất dẫn nhiệt bình quân quy ước của dây quấn ,theo(6-6 TL1) λ = α λ .7,0 cd (w/cm3 0C ) λcđ : là suất dẫn nhiệtcủa lớp cách điện dây dẫn .dây dẫn dùng băng vải tẩm sơn cách điện λcđ = 0,0025 (w/cm3 0C ) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm dầu SINH VIÊN :BUI THI LUONG 86 α = d dd −' = 24,2 24,264,2 − = 0,179 => λ = 179,0.7,0 0025,0 = 8,45 .10-3 (w/cm3 0C ) λtb = ( ) 264,0.0017.012,0.5.10.45,8 12,0.5264,0.0017.0.10.45,8 3 3 + + − − = 2,25 .10-3 (w/cm3 0C ) θ0CA = 1,68. 3 24 10.25,2.8 812,5.10.587,0 − − = 0,185 0C • Trên thực tế đối với dây dẫn tròn người ta thường không quan tam đến điểm có nhiệt độ nóng nhất mà quan tâm chủ yếu đến nhiệt độ trung bình , thường bằng khoảng 2/3 nhiệt độ chênh toàn phần θ0tbCA= 3 2 θ0CA = 3 2 .0,185 = 0,1230C 110.Nhiệt độ chênh giữa mặt ngoài dây quấn với dầu θ0d. a. Đối với dây quấn HA : Hiệu số của nhiệt độ này phụ thuộc vào tổn hao của dây quấn và thường được xác định theo công thức kinh nghiệm gần đúng. ở đây dây quấn dùng dây chữ nhật có rãnh dầu ngang nên θod = k1.k2.k3. 0,35. q0,6 0C (6.10b TL1) -k1: Hệ số kể đến tốc độ chuyển động của dầu trong dây quấn phụ thuộc vào hệ thống làm lạnh. Đây làm lạnh tự nhiên nên k1=1 -k2: Hệ số chiếu cố đến trường hợp do dây quấn HA ở trong nên dầu đối lưu khó khăn làm dây quấn HA nóng hơn, do đó: k2=1: Đối với dây quấn CA nằm ngoài, HA nằm trong ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm dầu SINH VIÊN :BUI THI LUONG 87 -k3: Hệ số chiếu cố đến sự đối lưu khó khăn của dầu do bề rộng (hay làm chiều cao) tương đối của rãnh dầu ngang Ta chọn k3=0,8 - q = 1091,25 ( w/m2): là mật dòng nhiệt trên bề mặt dây quấn HA θ0d1=1. 1. 0,8. 0,35. (1091,25)0,6=18,617 o C b.Tính cho phía CA: Dùng dây dẫn tròn không có rãnh dầu ngang θ0d2= k.q20.6 o C theo (6-10a TL1) . k = 0,285 : là hệ số . 0,6 : là chỉ số luỹ thừa kinh nghiệm . q2: là mật độ dòng nhiệt trên bề mặt dây quấn CA:theo (6-2 TL1) q2 = 2 22 . M kp fcu = 56,5 003,1.195,2957 = 532,5 W/m2 => θ0d2 = 0,285 .532,50,6 = 12,32 o C c Nhiệt độ chênh trung bình của dây quấn với dầu . D ây quấn HA: θ0 dtbHA = θ0 tbHA + θ0d1 = 1,07 +18,687 = 19,687 o C . Dây quấn CA : θ0 dtbCA = θ0 tbCA + θ0d2 = 0,123 +12,32 = 12,443 o C 111.Nhiệt độ chênh giữa dầu và vách thùng θtb: Thông thường thì nhiệt độ chêng này không quá 3-6 o C . Do đó sơ bộ ta chọn θtb=3 o C ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm dầu SINH VIÊN :BUI THI LUONG 88 112.Nhiệt độ chênh giữa vách thùng và không khí θt.k Nhiệt lượng từ vách thùng truyền qua không khí xung quanh theo hai đường : một bộ phận truyền ra theo hiện tượng đối lưu , một bộ phận truyền ra theo phương pháp bức xạ .Như vậy việc tính toán nhiệt độ chênh giữa vách thùng và không khí liên quan đến việc tính toán bề mặt bức xạ và đối lưu của thùng II. Tính toán nhiệt của thùng dầu Như ta đã biết, thùng dầu đồng thời là vỏ máy của MBA, trên đó có đặt các chi tiết máy rất quan trọng như sứ ra của dây quấn CA va HA, ống phóng nổ, bình giãn dầu… Vì vậy thùng dầu ngoài yêu cầu đảm bảo tản nhiệt tốt còn phải đảm bảo các tính năng về điện (như đảm bảo khoảng cách cho phép giữa dây quấn với thùng), có độ bền cơ học đảm bảo, chế tạo đơn giản và có khả năng rút gọn được kích thước bên ngoài. Việc tính toán ở đây là căn cứ yêu cầu tản nhiệt, sau đó kiểm tra lại xem về yêu cầu cần tản nhiệt. 113Chọn loại thùng dầu: Căn cứ vào bảng 57 và dung lượng MBA S =400 KVA. Ta chọn loại thùngvách thẳng và có bộ tản nhiệt kiểu ống thẳng ( kiểu ống góp )có kích thước như hình vẽ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm dầu SINH VIÊN :BUI THI LUONG 89 (Bé t¶n nhiÖt kiÓu èng th¼ng) 60CB A Để đảm bảo cho m.b.a tản nhiệt tốt thì loại thùng có các bộ tản nhiệt kiểu ống , đặc biệt là kiểu ống thẳng được sử dụng phổ biến trong thực tế hiện nay. Mục đích của việc chế tạo thùng có các bộ tản nhiệt kiểu ống thẳng là vừa chế tạo đơn giản , vừa bố trí trên chu vi thùng dầu thuận tiện hơn cácloại tản nhiệt khác là không phải tốn công uốn , khoan lỗ ở vách thùng , có thể hàn trực tiếp hay bắt vào thùng bằng mặt bích tuỳ theo công suất .Mặt khác loại thùng này vẫn dảm bảo làm tăng diện tích bề mặt toả nhiệt để giảm bớt nhiệt độ từ dây quấn , dầu ra ngoài không khí qua vách thùng nhờ phương pháp bức xạ và đối lưu . 114.Chọn kích thước tối thiểu bên trong của thùng a.chiều rộng tối thiểu của thùng là: B = D2″ + S1 + S2 + d1 + S3 + S4 + d2 (6.14 TL1) Đối với m.b.a 3pha cấp điện áp từ 6-35KV Trong đó : + D2″ =36,8cm : đường kính ngoài của dây quấn CA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm dầu SINH VIÊN :BUI THI LUONG 90 + S1 =3,5 (cm): khoảng cách dây dẫn ra đến vách thùng của cuộn CA. + S2 = 3,7 (cm) : khoảng cách từ dây dẫn ra của dây quấn CA đến bộ phận nối đất + S3 = 5(cm) : khoảng cách dây dẫn ra không bọc cách điện của dây quấn HA đến mặt dây quấn CA + S4 = 2 (cm) : khoảng cách từ dây quấn ra của dây quấn HA không cách điện đến vách thùng. + d1: bề dày 1 lớp dây quấn HA : d1 = a1 = 15,5 mm + d2: là bề dày 1 lớp dây quấn CA cả cách điện d2 = d’2 = 0,269 cm => B = 38,6 + 3,5 +3,7 +1,15 +5 +2 +0,269 = 54,619 cm Để tâm trụ m.b.a. ở giữa ta lấy B = 58 cm b.Chiều dài tối thiểu của thùng A = 2.C + D2″ + 2.S5 (6.15 TL1) Trong đó : S5 : Là khoảng cách giữa dây quấn CA và vách thùng S5 = S3 + d2 + S4 = 0,269 +5 +2 = 7,269 cm C = 40 cm : khoảng cách giữa hai tâm trụ cạnh nhau D″ = 38,6 cm => A = 2.40 + 38,6 + 2.7,269 =133,138 cm ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm dầu SINH VIÊN :BUI THI LUONG 91 c.Chiều cao của thùng H = H1 + H2 (6.18 TL1) H1: Là chiều dài từ đáy thùng đến hết chiều cao lõi sắt H1 = LT + 2hG + n (6.19 TL1) LT = 59,3 (cm) n = 4: Chiều dày tấm lót dưới gông dưới hG : là chiều cao của gông gần đúng có thể tính hG = G G b T TG = 237,6 mm2 bG = 1,68 (cm) hG = 8,16 6,237 = 14,14 (cm) => H1 = 59,3 +2.14,14 +4 = 91,58 (cm). H2 : Là khoảng cách tối thiểu từ gông đến nắp thùng theo bảng 58 ta chọn H2 = 32 cm . Nhưng để đảm báo tản nhiệt thì H2 tăng lên 1,5 lần: H2 = 1,5.32 = 48 cm => H = 91,58 +48 = 139,58 cm Chọn bộ tản nhiệt : 115.Chọn số bộ tản nhiệt : ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm dầu SINH VIÊN :BUI THI LUONG 92 Để phù hợp với kích thước của thùng cũng như tăng diện tích bức xạ và đối lưu ta chọn 6 bộ tản nhiệt kiểu ống thẳng có kích thước như hình vẽ 116.Sơ bộ tính diện tích bề mặt bức xạ và đối lưu của thùng a) Tính bề mặt Mbx bức xạ của thùng Đối với thùng có đáy ô van Mbx = Mfôv . K . 10-4 (6.21 TL1) Trong đó : Mfôv = [2.(A-B) + Π.B].H cm2 : là diện tích phẳng thùng phẳng đáy ôvan Mfôv=[2.(133,13854,619)+3,14.54,619].139,58=45875,84(cm2) K = 1,5 : Hệ số ảnh hưởng đến hình đáy mặt ngoài thùng. => Mbx = 4587,84.1,510-4 = 6,88(m2) b) Bề mặt đối lưu của thùngtính sơ bộ M′đl = 25,1.5,2 .05,1 tk p θ ∑ - 1,12.Mbx (m2) (6.22TL1) Trong đó: . ∑p = p0 + pn = 5654,4 +895,76 = 6549,76 (W) : là tổng tổn hao không tải và ngắn mạch m.b.a . Mbx =7,2 m2 : là diện tích bề mặt bức xạ . θtk : Là nhiệt độ chênh của thùng dầu so với không khí xung quanh. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm dầu SINH VIÊN :BUI THI LUONG 93 Ta căn cứ vào những điều kiện sau để chọn cho hợp lý .Ta biết nhiệt độ chênh lâu dài cho phép của dây quấn so với môi trường xung quanh khi tải định mức là 600C do đó độ chênh trung bình của dầu đối với không khí không được quá : . θdk = 600C - θ0dtb = 600 – 19,6870= 40,3130 Với θ0dtb là nhiệt độ chênh trung bình của dây quấn HA( ta lấy giá trị lớn nhất trong hai dây quấn ) Do đó nhiệt độ chênh của thùng đối với không khí được tính như sau: . θtk = θdk - θdt= 40,313 - 6 =34,3130C θdt : là nhiệt độ chênh của dầu đối với thùng , ta lấy bằng 60C Ta kiểm tra điều kiện σ.(θdl + θtk) ≤500C σ.θdk ≤500C Với σ = 1,2: là hệ số xác định tỷ số giữa nhiệt độ chênh của dầu đối với không khí lúc lớn nhất với trị số trung bình 1,2 . 40,313 = 48,3760C < 500C Thay các số liệu vào công thức (6.22) ta được M′dl = 25,1313,34.5,2 76,6549.05,1 = 25,419(m2) 117.Xác định khoảng cách giữa 2 tâm ống góp trên và dưới trong mỗi bộ tản nhiệt ( A1) A1 phải thoả mãn điều kiện A1 ≤ H - 34 cm ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm dầu SINH VIÊN :BUI THI LUONG 94 => A1 ≤ 139,58 -34 = 105,58 cm Theo điều kiện trên dựa vào bảng 63 ta chọn các bộ tản nhiệt có 2 dãy ống có các số liệu chính sau : . khoảng cách giữa 2 tâm ống trên và dưới : A1 = 90 cm . khoảng cách tối thiểu tâm trục mặt bích của bộ tản nhiệt đến mặt phẳng dưới và mặt phẳng trên của thành thùng c1 và c2 tương ứng là 8,5 và 10 cm . bề mặt đối lưu của ống : M0đl = 2,733 m2 .trọng lượng một bộ tản nhiệt không kể dầu : Gb = 41,14 kg . trọng lượng dầu của bộ tản nhiệt : G’d = 30kg . bề mặt đối lưu của hai ống góp : Mgđl = 0,34 m2 118.Xác định lại bề mặt đối lưu thực tế của thùng : Mđl = Mfđl .khdt +Mn .khdn +Môđl .khđô +Mgđl .kghd m2 theo 6-46 TL1 Trongđó : a.Mfđl : là bề mặt đối lưu của thùng phẳng và nắp Mfđl =Mb x=[2.(A-B) + Π.B].H .10-4 + 0,5 .Mn ( m2 ) theo (6-27 TL1) Với : . Mn : là diện tích bề mặt nắp thùng dầu : Mn = ( 4 . 2nbπ +bn .( ln – bn ) ) .10-4 ( m2 ) theo 6-28 TL1 ở đây : ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm dầu SINH VIÊN :BUI THI LUONG 95 . bn : là chiều rộn nắp thùng ( cm) . bn = B + 2.bv = 54,619 +2.5 = 64,619 cm . bv = 5 cm : là chiều rộng vành nắp thùng chọn . ln : là chiều dài nắp thùng ln = A + 2. bv = 133,138 +2.5 = 143,138 cm => Mn = ( ) 42 10.62,6414,143.62,644 62,64.14,3 −⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ −+ =0,835 m2 b. khdl : là hệ số hình dáng của thùng , tra bảng 56 ta có khdl = 1,0 . Mn = 0.853 m2 . khdn = 1,0 : là hệ số hình dáng của nắp thùng . Môđl =6.2,733 m2 : là diện tích bề mặt ống tản nhiệt 5 bộ . khđô =1,26 : là hệ số hình dáng của ống , đối với thùng có bộ tản nhiệt ống thẳng . Mgđl = 6.0.34 m2 :là diện tích của ống góp 5 bộ tản nhiệt đối với ống góp tròn . kghd =1,4 : là hệ số hình dáng của ống góp => Mđl = 5,0832.1,0+0,835.1,0 +6.2,733.1,26 +6.0.34.1,4 =29,43 m2 So sánh với kết quả tính bề mặt đối lưu sơ bộ M′dl=25,4 m2 ta thấy Mđl > M′dl . Như vậy kết quả tính toán hoàn toàn thoả mãn yêu cầu đảm bảo nhiệt độ tốt 7 : TÍNH TOÁN CUỐI CÙNG VỀ NHIỆT ĐỘ CHÊNH CỦA DÂY QUẤN VÀ DẦU M.B.A ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm dầu SINH VIÊN :BUI THI LUONG 96 Mục đích của phần tính toán này là kiểm tra lại nhiệt độ chênh thực tế của dây quấn và dầu đối với không khí 119. Tính nhiệt độ chênh của thùng với không khí : θtk = ( ) ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ + + dlbx n MM ppk .5,2.8,2 . 0 0.8 0C theo 6-47 TL1 Trong đó k =1,05 : là trị số ứng với tính toán cho m.b.a đơn chiếc => θtk = ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ + 43,29.5,288,6.8,2 76,6549.05,1 0.8 = 31,30C 120. Tính nhiệt độ chênh của dầu sát vách thùng so với thùng θdt = k1 .0,165 ( )⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ ∑ + dl n M ppk 0. 0,6 0C theo 6-41 TL1 Trong đó : . k1 =1: là hệ số khi làm lạnh bằng dầu tự nhiên . M∑ đl \= Mfđl + Môđl = 5,0832+6.2,733 = 21,4812 m2 Là tổng bề mặt đối lưu của vách thùng phẳng nắp thùng , ống tản nhiệt không kể đến điều kiện đối lưu tốt hay xấu => θdt = 1,0.0,165. ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ 4812,21 76,6549.05,1 0,6 = 5,26 0C 121.Nhiệt độ chênh của thùng dầu so với không khí θ’dk = θdt + θtk 0C theo 6-42 TL1 θ’dk = 5,26 + 31,3 = 36,56 0C 122.Tính nhiệt độ chênh của lớp dầu trên so với không khí phải đạt tiêu chuẩn : ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm dầu SINH VIÊN :BUI THI LUONG 97 θdk = σ.(θdl+ θtk) ≤500C theo 6-43 TL1 Với σ = 1,2 θdk = 1,2 ( 5,26 +36,56 ) = 43,87 ≤500C Hoàn toàn thoả mãn .Như vậy yêu cầu về thoả mãn nhiệt ta đã đáp ứng được 123.Tính tóan nhiệt độ chênh của dây quấn đối với không khí phải thoả mãnđiều kiện θ0k = θ 0dtb + θ’dk ≤600C theo 6-44 TL1 Ta có : θ0k = 19,687 + 36,56 = 56,246 ≤600C Hoàn toàn đạt yêu cầu 7.1 XÁC ĐỊNH SƠ BỘ TRỌNG LƯỢNG RUỘT MÁY , VỎ MÁY , DẦU VÀ BÌNH GIÃN DẦU M.B.A . Việc xác định tính toán chính xác trọng lượng ruột máy, vỏ máy của MBA chỉ có thể tiến hành được sau khi đã hoàn thiện thiết kế đầy đủ các chi tiết của MBA. Nhưng với những tính toán ở trên cũng có thể sác định sơ bộ được trọng lượng của máy, rất cần cho việc tính toán kinh tế, khi cần phải đánh giá các phương án thiết kế. 124.Trọng lượng ruột máy.(phần tác dụng) Tức là toàn bộ lõi sắt có các dây quấn và dây dẫn ra trừ nắp máy. Có thể xác định gần đúng như sau. Gr=1,2(Gdq + Gl) (6.45 TL1) Trong đó: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm dầu SINH VIÊN :BUI THI LUONG 98 Hệ số 1,2: Là hệ số kể đến trọng lượng ruột máy được tăng thêm do cách điện và các kết cầu khác Gdq: Là trọng lượng toàn bộ dây quấn và dây dẫn ra Gdq = Gdd + Gr 1 + G r 2 = 283,55 + 7,01 + 0,15 =290,71 ( kg) Gl = GFe= 639,01 (KG) : Là trọng lượng lõi sắt. Gr= 1,2.( 290,71 + 639,01) = 1115,664 (KG) 125,Xác định trọng lượng vỏ thùng : G t = G n + G đ + Gv + Gbô kg Trong đó . G n : là trọng lượng nắp thùng . G đ : trọng lượng đáy thùng . Gv : trọng lượng vách thùng . Gbô: trọng lượng các bộ tản nhiệt a, Tính trọng lượng nắp thùng và đáy thùng : G n = G đ = V n .γ fe ( kg) Trong đó : V n : là thể tích nắp thùng cũng như đáy thùng V n = Mn .dn ( dm3) Với: Mn : là diện tích bề mặt nắp thùng Mn = 0,835 m2 = 0,835.102 dm2 dn: là chiều dầy của nắp cũng như của đáy thùng ta chọn = 5 mm = 5.10-2 dm Ö V n = 0,835.102.5.10-2 = 4,175 dm3 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm dầu SINH VIÊN :BUI THI LUONG 99 γ fe = 7,85 ( kg/dm3): tỷ trọng của sắt => G n = G đ = 4,175.7,85 = 32,774 kg b. Trọng lượng vách thùng : Gv = Vv .8fe kg Trong đó : Vv:là thể tích của vách thùng Vv= Mv dv dm3 Với : Mv = Mb x = 6,88 m2 =6,88.102 dm2 : Là diện tích bề mặt vách thùng dv: là chiều dày vách thùng , ta chọn dv = 5 mm = 5.10-2 dm => Vv = 6,88.102 .5 . 10-2 = 34,4 dm3 => Gv = 34,4 .7,85 = 270,04 kg c. trọng lượng các bộ tản nhiệt : Gbo = 5. Gb = 5.41,14 = 205,7 kg => Trọng lượng của vỏ thùng là : Gt = 32,774 + 32,774 + 270,04 +205,7 = 541,288 kg 126.Xác định trọng lượng dầu m.b.a : Gd =1,05 . ( )[ ]'.9,0 dort GVV +− kg theo 6-48 TL1 Trongđó : . hệ số 1,05 : là kể đến trọng lượng dầu tăng thêm ở bình giãn dầu . Vt : là thể tích bên trong của thùng dầu phẳng : ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm dầu SINH VIÊN :BUI THI LUONG 100 Vt = St .H dm3 Với :St = ( ) 4 .. 2BBBA π+− : là diện tích bên trong của thùng St = ( 133,138 – 54,619 ).54,619 + 4 619,54.14,3 2 = St = 6630,469 cm2 =66,305 dm2 H = 139,58 cm = 13,958 dm2 : là chiều cao của thùng => Vt = 66,305 .13,958 = 925,48 dm3 + Vr : thể tích ruột máy , tính theo 6-47 TL1 Vr = r RG γ Với : Gr = 1115,664 kg : trọng lượng ruột máy γr = 5,6 ( kg/dm3) : tỷ trọng trung bình của ruột máy => Vr = 6,5 664,1115 = 199,23 ( dm3) + G’do = 5.G’d = 5.30 = 150 kg => Gd = 1,05 ( )[ ]15023,19948,925.9,0 +− =843,81 kg 127. Thiết kế bình giãn dầu : Theo quy định của nhà nước là đối với các m.b.a có dung lượng từ 100KVA trở lên , điện áp trên 6KV đều phải có bình giãn dầu . Thể tích của bình giãn dầu phải đảm bảo sao cho khi nhiệt độ của không khí xung quanh dao động trong phạm vi -10 ÷40 0C . Vì nhiệt độ chênh của lớp dầu trên từ 0 ÷ 600C thì dầu được giãn nở trong phạm vi bình giãn dầu . Theo kinh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm dầu SINH VIÊN :BUI THI LUONG 101 nghiệm thì thường thể tích bình giãn dầu bằng 7÷10% thể tích dầu trong thùng Do đó ta có thể xác định được thể tích bình giãn dầu theo 6-49 : Vg = (0.07 – 0.1 ).Vd dm3 Vg = 0.09 .( Vt - Vr ) = 0.09 .( 925,48-199,23) = 65,363 dm3 • Dùng thép dầy 2mm để chế tạo bình giãn dầu , bình giãn dầu được đặt nằm ngang trên nắp thùng . Đối với thùng có bộ tản nhiệt kiểu ống thẳng ( do mỗi bên vách thùng bộ tản nhiệt chiếm chỗ là 30cm).Vì vậy ta có thể lấy chiều dài bình giãn dầu lớn hơn chiều rộng thùng B trong giới hạn : lg < B + 2.30 = 54,62 + 2.30 = 114,62 Để cho gọn m.b.a ta lấy lg = 90 cm • Xác định đường kính bình giãn dầu : d = g g l V . 10..4 3 π cm theo 6-50 TL1 Ta có : d = 90.14,3 10.363,65.4 3 = 30 cm TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phan Tử Thụ-Thiết kế máy biến áp điện lực- Nhá xuất bản khoa học và Kĩ thuật- Hà nội 2002. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm dầu SINH VIÊN :BUI THI LUONG 102 [5] Phạm Văn Bình. Lê Văn Doanh- Lí thuyết, vân hành, bảo dưỡng, thử nghiệm máy biến áp- Nhà xuất bản Khoa học và Kĩ thuật- Hà nội 2002. [2] Trần Khánh Hà. Nguyễn Hồng Thanh- Thiết kế máy điện- Nhà xuất bản Khoa học và Kĩ thuật- Hà nội 1997. [3] Đặng Văn Đào. Lê Văn Doanh- Kĩ thuật điện- Nhà xuất bản Khoa học và Kĩ thuật. [4] Vũ Gia Hanh- Máy điện 1- Nhà xuất bản Khoa học và Kĩ thuật- Hà nội 2001.