Thiết kế máy biến áp ba pha

số liệu của đồ án đã cho ta xác định được các đại lượng cơ bản sau 1.1. Công suất mỗi pha của máy biến áp : Với : Công suất định mức: Sđm= 4000 (KVA) Số pha : m = 3 1.2. Công suất mỗi trụ: Có: số trụ tác dụng: t = 3 đối với máy biến áp 3 pha 1.3. Dòng điện dây định mức: + Đối với phía cao áp. + Đối với phía hạ áp. 1.4. Dòng điện pha định mức: Vì dây quấn nối Y/ nên 1.5. Điện áp pha định mức. + Đối với phía CA: + Đối với phía CA: 1.6. Điện áp thử nghiệm của các dây quấn: Theo TCVN.(phụ lục13-trang 653sach TKMĐ) Với dây quấn CA: thì Với dây quấn HA: thì 1.7. Kiểu dây quấn. (theo phụ lục 15-trang 661 sách TKMĐ) Dây quấn CA: chọn loại dây quấn xoắn ốc liên tục. Dây quấn HA: chọn loại dây quấn xoắn mạch kép. II. XÁC ĐỊNH CÁC THAM SỐ ĐỂ TÍNH KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU. 2.1. Chiều rộng quy đổi của rãnh từ tản giữa dây quấn CA và HA: Với: Ut2 = 80(KV) theo bảng 19-trang 197 sách TKMBAĐL ta có a12 = 2,7(cm) Theo bảng 13.1 trang 456 TKMĐ ta có: k=0,52 ar=a12+(a1+a2)/3= 2,7+3,14 = 5,84(cm) 2.2. Hệ số quy đổi từ trường tản lấy : kr=0,95 2.3. Các thành phần điện áp ngắn mạch. - Điện áp ngán mạch tác dụng: - Điện áp ngắn mạch phản kháng: 2.4. Ta chọn tôn cán lạnh mã hiệu 3404 có chiều dày 0,35 mm  Theo bảng 11 trang 194 sách TKMBAĐL ta có mật độ từ thông trụ : Theo bảng 6 trang 191 sách TKMBAĐL: Ta có ép trụ bằng đai vải thủy tinh, ép gông bằng xà Sử dụng lõi thép có 4 mối ghép xiên ở 4 góc của lõi, còn 3 mối nối giữa dùng mối ghép thẳng lá nhôm. Theo bảng 4 sách TKMBAĐL ta chọn số bậc thang của trụ là 9. Hệ số bậc thang của gông là 8 bậc. Theo bảng 4 trang 190 và bảng 10 trang 193 TKMBAĐL ta có: Hệ số chêm kích Kc = 0,97: không có tấm sắt ép trụ Hệ số điền đầy Kd = 0,928 Vậy hệ số lợi dụng: Kld = Kc. Kd = 0,928. 0,97 = 0,9 Hệ số gông theo phụ lục XVII_2 trang 666 sách TKMĐ ta có (Tỷ lệ giữa tiết diện gông và tiết diện trụ). Như vậy ta có mật độ từ thông của gông : Mật độ từ thông ở khe hở không khí mối nối thẳng .Mối nối xiên Theo bảng V.13 trang 616 sách TKMĐ ta có: - Suất tổn hao của thép trong trụ và gông PT = 1,295 (W/kg) PG = 1,229(W/kg) - Suất từ hoá trong trụ và gông qT = 1,775 (VA/kg) qG = 1,625 (VA/kg) - Suất từ hóa khe hở kông khí nối thẳng , nối xiên. 2.5. Khoảng cách cách điện chính  Với Ut2 = 80(KV) của cuộn cao áp. theo bảng 18 và 19 trang 197 sách TKMBAĐL ta có: a01 =3(cm) : khoảng cách cách điện giữa trụ và dây quấn HA a12 = 2,7(cm): khoảng cách giữa cuộn CA và HA = 0,5(cm): ống cách điện giữa cuộn CA và HA Lđ2= 5(cm): chiều dài đầu thừa a22 = 3(cm): khoảng giữa cuộn CA và CA lo2 = 7,5(cm): khoảng cách giữa dây quấn CA đến gông. 2.6. Các hằng số tính toán Theo bảng 13 và 14 trang 194 sách TKMBAĐL. ta có đói với dây đồng là a=1,4 và b=0,28. 2.7. Hệ số tổn hao phụ : kf= 0.95 khi ngắn mạch (theo bảng 15 trang 195 TKMBAĐL). 2.8. Tính các hệ số Theo bảng 17 trang 196 sách TKMBAĐL phạm vi chọn để xác định chính xác hơn ta phải tính các số liệu và các đặc trưng cơ bản của mba như sau: A1 = 5,66.104. Kld. A3. a = 5,66.104. 0,9. 0,293. 1,4 = 1739,3(Kg) A2 =3,6.104.Kld.A2.Lo2 = 3,6.104. 0,9. 0,292. 0,072 =196,2(Kg) B1 = 2,4. 104. Kld. KG. A3 (a + b + e) = 2,4.104.0,9.1,02.0,293.(1,4+0,28+0,411) = 1123,6(Kg) Trong đó: e = 0,411là hệ số quy đổi một nửa tiết diện hình bậc thang về hình chữ nhật. B2 = 2,4. 104. Kld. Kg. A3 (a12 +a22) = 2,4.104.0,9.1,02.0,293.(0,027+0,03) = 30,63(kg) = Trọng lượng của tônsilic ở các góc của gông Gg= 0,492.104.kG.kld.A3.x3 = 0,492.104.1,02.0,9.0,293.x3 = 110,15.x3 Tiết diện trụ của lõi sắt ST= 0,785.kld.A2.x2 = 0,785.0.9.0,292.x2 =0,059.x2 Tiết diện khe hở vuông góc: Tiết diện khe hhở chéo: Tổn hao không tải máy biến áp: Công suất phản kháng: Trong đó: 1,2 1,8 2,4 3,0 3,6 1,048 1,16 1,245 1,32 1,38 1,096 1,344 1,55 1,734 1,9 1,148 1,56 1,93 2,29 2,62 A1/x=1739,3/x 1659,6 1499,4 1397 1317,6 1260,4 A2.x2=196,2.x2 215 263,7 304 340,2 372,8 B1.x3=1123,6.x3 1289,9 1752,8 2168,5 2573 2943,8 B2.x2=30,63.x2 35,57 41,2 47,5 53,1 58,2 GG=B1.x3+ B2.x2 1325,5 1794 2216 2626,1 3002 GT= A1/x+A2.x2 1874,6 1763,1 1701 1657,8 1633,2 GFe=GT+GG 3200 3557 3917 4283,9 4635,2 Gg=110,15.x3 126,7 172,1 212,9 252,7 289,1 5077,8 5619 6168,3 6729,8 10024 18096,5 22830 27170,2 31439,5 35378,8 io=Qo/10.S 0,452 0,57 0,679 0,786 0,884 Gdq=C1/x2=1410,2/x2 1286,7 1049,2 909,8 813,3 742,2 1363,9 1112,2 964,4 862,1 786,7 3014,2 2457,9 2130,4 1905,2 1738,6 6214,2 6014,9 6047,4 6 6797,2 26,06 35,4 43,8 52 59,5 3,15 3,48 3,74 3,96 4,14 0,3 0,34 0,36 0,38 0,4 0,42 0,476 0,5 0,53 0,56 1,1 0,83 0,65 0,55 0,49 0,084 0,095 0,1 0,11 0,112 0,561 0,628 0,657 0,697 0,729 Từ bảng quan hệ giữa các tham số trên ta thâý rằng, giá thành thấp nhất nằm trong khoảng 1,8<<2,4 tương ứng với đường kính lõi sắt d = 0,34 và 0,36. Trong khoảng ấy tất cả các tham số đều đạt yêu cầu.chọn d = 34cm (theo bảng 7,TKMBAĐL). Ta tính lại trị số tương ứng: Tiết diện của lõi sắt : Chiều cao dây quấn: Khoảng cách giữa các trụ lõi sắt: Điện áp 1 vòng dây: uv = 4, 44.f.BT. ST. =4,44.50.1,6.0,069 = 24,8(V) Trọng lượng lõi sắt: Trọng lượng dây đồng: Mật độ dòng điện J: Ưng suất trong dây quấn: Tổn hao không tải: Dòng điện không tải: Chương 3 Tính toán dây quấn máy biến áp I. các yêu cầu chung : Có thể chia làm hai loại 1. Yêu cầu vận hành: Gồm điện cơ và nhiệt a. Yêu cầu về điện Khi vận hành thường dây quấn máy biến áp có điện áp làm việc bình thường và quá điện áp do đóng ngắt mạch trong lưới điện hay sét đánh gây nên ảnh hưởng chủ yếu do cách điện chính của máy biến áp, tức là cách điện dây quấn với nhau và giữa dây quấn với vỏ. Còn quá điện áp do sét đánh thường lên đường dây thường ảnh hưởng đến cách điện dọc của máy biến áp. Tức là giữa các vòng dây rời dây hay giữa các bánh dây của từng dây quấn. b. Yêu cầu về cơ học Dây quấn không bị biến dạng hoặc hư hỏng dưới tác dụng của lực cơ học do dòng điện ngắn mạch gây nên. c. Yêu cầu về nhiệt Khi vận hành bình thường cũng như trong trường hợp ngắn mạch, trong thời gian nhất định dây quấn không được có nhiệt độ cao quá vì lúc đó chất cách điện sẽ bị nóng mất tính đàn hồi, hoá dồn và mất tính cách điện. Vì vậy khi thiết kế phải đảm bảo sao cho tuổi thọ của chất cách điện là 15 đến 20 năm. 2. Yêu cầu về chế tạo Làm sao cho kết cấu đơn giản tốn ít vật liệu và nhân công, thời gian chế tạo ngắn giá thành hạ nhưng đảm bảo về mặt vận hành * Như vậy yêu cầu đối với thiết kế là: + Phải có quan điểm toàn diện: Kết hợp một cách hợp lý giữa hai yêu cầu về chế tạo và vận hành để sản phẩm có chất lượng tốt mà giá thành hạ. + Phải chủ yếu đến kết cấu và chế tạo dây quấn sao cho thích hợp với trình độ kỹ thuật của xưởng sản xuất. + Phải nắm vững những lý luận có liên quan đến dây quấn CA, vật liệu cách điện * Quá tình thiết kế của dây quấn có thể tiến hành theo 3 bước : Chọn kiểu và kết cấu dây quấn. Tính toán sắp xếp và bố trí dây quấn. Tính toán tính năng của máy biến áp . 3. Các kiểu dây quấn máy biến áp : Theo cách quấn dây ta có thể chia dây quấn máy biến áp ra làm các kiểu chính sau đây: Dây quấn hình ống dây dẫn chữ nhật; Dây quấn hình ống dây dẫn tròn; Dây quấn hình xoắn; Dây quấn hình ốc liên tục Người ta còn có thể phân biệt ra loại dây quấn một mạch (đơn) hay hai mạch (kép), có hoán vị hay không hoán vị,… a. Dây quấn hình ống dây dẫn chữ nhật Loại dây này quấn dùng dây tiết diện chữ nhật quấn thành hình trụ. Nếu dòng điện lớn quá thì ghép nhiều sợi giống nhau. Lúc đó tốt nhất là dùng các sợi cùng kích thước ghép kề nhau theo hướng trục, không nên ghép kề theo hướng kính để cho từ thông tản trong các sợi dây giống nhau và như vậy tổn hao về dòng điện xoáy trong chúng sẽ giống nhau và về mặt cơ khí ghép hướng trục cũng tốt hơn. Mặt khác dùng một cỡ dây sẽ đỡ phức tạp cho việc đặt hàng. Nếu phải dùgn dây có tiết diện khác nhau thì phải có một bề kề nhau bằng nhau để ghép. Nói chung dây quán nẹp (theo cạnh lớn) sợi dây), không nên quấn gân dựng (theo cạnh nhỏ) sợi dây vì sẽ khó quấn hơn mà cũng làm cho các sợi dây dễ bị nghiêng đi; tổn hao phụ do dòng điện xoáy tăng lên, tản nhiệt lại kém. Có thể dùng cách quấn dựng khi tỷ lệ các cạnh của sợi dây ở trong phạm vi tỷ lệ sau: 1,3 < a/b < 3,0. Hình 3.1: Các phương pháp quấn dây a) quấn nẹp sợi; b) quấn gân dựng sợi dây; c) quấn gân dựng nhưng không đạt yêu cầu Hình 3.2: Dây quấn hình ống, a) ống đơn 6 vòng; b) ống kép 12 vòng Nếu quấn một lớp ta có kiểu dây quấn hình ống một lớp hay còn gọi là ống đơn( hình3.1) . Nếu quấn hai lớp ta có kiểu hình ống kép (hình3.2b). Kểu hình ống kép thì hai lớp nối tiếp với nhau (quấn lớp trong từ trên xuống sau đó lớp ngoài quấn ngược từ dưới lên). Như vậy đầu dâylớp trong và đuôi lớp ngoài có điện áp bằng điện áp pha của dây quấn. Nếu Uđm dưới 100V thì cách điện giữa hai lớp rất đơn giản, hoặc dùng một rãnh dầu rộng 4 – 8 mm hoặc dùng một ống giấy cách điện là đủ. Nếu điện áp từ 3 đến 6kV thì phải làm rãnh dầu có bìa cách điện ở giữa dày 2mm. Nếu U > 6000V thì cách điện sẽ khó khăn hơn do đó không dùng kiểu dây quấn này cho các máy biến áp công suất từ 25 đến 630 kVA. Để có rãnh dầu thường dùng que nên cách điện bằng gỗ. Không nên làm nhiều que nêm quá vì dầu sẽ khó lưu thông, cũng không nên ít quá vì ống dây dễ bị biến dạng thành hình đa giác. Khoảng cách giữa các que nêm thường vào khoảng 150 – 120mm Kiểu dây quấn hình ống đơn có nhược điểm là hai đầu không có gì giữ chặt nên dễ bị tung ra do đó thường chỉ dùng trong các máy biến áp nhỏ, công suất mỗi trụ từ 3 đến 10kVA. Dây quấn hình ống kép ổn định về cơ khí hơn và nói chung chế tạo cũng đơn giản nên được dùng phổ biến trong các máy biến áp công suất từ 630 kVA trở xuống điện áp dưới 6kV. Trong máy biến áp thì dây quấn hình ống đơn và kép chủ yếu làm cuộn HA. Gần đây người ta đã nghiên cứu và sử dụng có kết quả loại dây quấn nhiều ống nhiều lớp dây chữ nhật cho cả cuộn dây CA. Kết cấu của loại dây quấn này chỉ khác với dây quấn hình ống đơn giản trên là ở chỗ nó gồm nhiều lớp và các sợi dây quấn này cũng không dùng kiểu quấn dựng các sợi dây quấn. Chiều quấn dây ở các lớp cũng khác nhau, thường các lớp lể quấn theo một chiều, các lớp chẵn quấn theo chiều khác. Giữa các lớp có lót vài lớp giấy cáp làm cách điện lớp và đề phòng phóng điện giữa các lớp, cách điện lớp phải cao hơn dây quấn 30-50mm. Mỗi lớp ở phía trên và dưới vẫn phải có những vành đệm phụ bằng cacton cách điện buộc chặt vào các vòng trên và dưới của dây quấn. Việc lót cách điện như vậy là rất cần thiết vì loại dây quấn này điện áp giữ vòng đầu của bất kỳ một lớp nào với vòng cuối cùng của lớp tiếp theo cũng chính là điện áp giữa hai lớp có thể đạt đến 5000 đến 6000V, nếu điện áp làm việc của dây quấn là 35kV. Để tăng bề mặt làm lạnh lớp dây quấn, thường toàn bộ dây quấn được làm một vài rãnh dọc trục giữa các lớp. Chiều rộng rãnh thường vào khoảng 1/100 chiều cao của dây quấn. Dây quấn hình óng nhiều lớp tiết diện dây chữ nhật thường được làm dây quấn cao áp CA cho các máy biến áp dung lượng từ 630 đến 40000 – 80000 kVA, điện áp 10 và 35 kV. Kiểu dây quấn này ngày càng được sử dụng rộng rãi vì độ bền cơ học của nó khi ngắn mạch khá bảo đảm do kết cấu dây quấn gọn chặt. Mặt khác Hình 3.3: Dây quấn ống nhiều lớp dây chữ nhật 1. Cách điện bằng giấy cáp; 2. Vành đệm phụ bằng cacton cách điện; 3. Nêm dọc tạo rãnh làm lạnh nó còn cơ ưu điểm nữa là lấp đầy cửa sổ mạch từ tốt hơn các dây quấn khác. Rãnh dầu làm lạnh dọc trục cũng có hiệu quả truyền nhiệt tốt hơn các loại dây quấn có rãnh dầu hướng kính. Độ bền về điện khi có quá điện áp cũng tốt hơn các loại dây quấn kiểu bánh dây. Tuy nhiên nhiều loại dây quấn này có nhược điểm cơ bản là bề mặt làm lạnh bị giảm đi nhiều so với loại dây quấn bánh dây. Một biến thế mới của dây quấn hình ống nữa là dây quấn bằng các tấm nhôm hay đồng mỏng không bọc cách điện hay được dùng trong các máy biến áp đến 1000kVA, điện áp HA dưới 1kV. Hình là một ví tụ về dây quấn hình ống nhiều lớp quấn từ các tấm nhôm. Mỗi lớp là một vòng, chiều rộng của tấm nhôm bằng chiều cao của dây quấn. Cách điện giữa các vòng dây thường là một hai lớp giấy tụ điện, giấy điện thoại hay giấy cáp cao hơn tấm dây quấn 16 đến 24 mm. Dây quấn kiểu này có ưu điểm là dễ quấn nhưng kém chịu lực cơ lúc ngắn mạch. Muốn có độ bền cơ cao phải dùng nhôm tấm đã ủ hay nhôm có độ cứng cao như A6, hay A5. Tuy Hình 3.4: Dây quấn hình ống nhiều lớp làm bằng các tấm nhôm. 1- Tấm nhôm mỏng; 2- Cách điện lớp bằng giấy; 3- Đệm đầu dây quấn bằng bìa cách điện nhiên, vì tấm nhôm hay đồng không bọc cách điện nên kiểu dây quấn này lại có ưu điểm là tản nhiệt tốt hơn so với loại dây quấn kiểu dây dẫn. Lấp đầy cửa sổ mạch từ cũng tốt hơn nhưng công nghệ quấn dây sẽ phức tạp hơn khi điện áp càng cao, và vì lá nhôm hay đồng mỏng nên kẹp giữa các dây dẫn ra cũng khó khăn hơn. Do đó kiểu dây quấn bằng kim loại tấm này thường dùng cho cuộn CA với điện áp không quá 10kV. b. Dây quấn hình xoắn : Dây quấn gồm một hàyn sợi dây chữ nhật chập lại quấn theo chiều trục như đường ren ốc. Các sợi dây chập thường xếp theo hướng kính và nhất thiết phải có tiết diện và kích thước các sợi như nhau. Nếu chập các sợi thành một mạch quấn từ trên xuống dưới ta có kiểu dây quấn hình xoắn mạch đơn. Khi dòng điện lớn quá phải chập thành hai mạch để quấn, ta có kiểu dây quấn hình xoắn mạch kép .Kiểu dây quấn này có số vòng ít, tiết diện lớn nên dùng làm dây quấn HA. Ưu điẻm của nó là chịu được lực cơ học tốt, tản nhiệt tốt. Nhưng nhược điểm là chiều dài các sợi dây ghép không bằng nhau nên điện trở khácnhau, từ thông tản không đều (càng xa trụ sắt từ thông tản càng nhỏ) nên điện kháng cũng khácnhau. Mặt khác dòng điện phân bố không đều làm tăng tổn hao phụ. Vì vậy các sợi dây chập quấn quanh trụ cần được hoán vị. Đối với dây quấn hình xoắn mạch đơn theo chiều dài dây quấn người ta thường hoán vị tập trung ba chỗ gồm: - Hai hoán vị phân bố tổ ở khoảng ẳ và 2/3 chiều cao cuộn dây - Một hoán vị toàn bộ ở giữa đoạn dây Hình 3.5: Dây quấn hình xoắn a) mạch đơn (6 vòng dây); b) Mạch kép (4 vòng dây). Tại chỗ hoán vị các sợi ghép chập phải đổi chỗ cho nhau (sợi ở ngoài vào trong, sợi ở trong ra ngoài…) vì thế cần phải có một khoảng để các sợi dây tránh nhau. Như vậy chiều cao dây quấn tăng thêm một rãnh dầu và một bánh dây .Nói chung để hoán vị được dễ dàng và dây quấn chắc chắn thì số sợi ghép chập không nên qúa 4. Đối với dây quấn hình xoắn mạch kép người ta không dùng kiểu hoán vị tập trung tại 3 chỗ như vậy mà hoán vị phân bố đều, nghĩa là có bao nhiêù sợi dây chập thì có bấy nhiêu lần hoán vị và phân bố vị trí hoán vị trên toàn chiều cao dây quấn . Vì nhờ có hai mạch chạy song song nhau nên chỗ hoán vị không cần phải “tránh” nhau mà có thể đổi lẫn vị trí các sợi dây dễ dàng, do đó việc hoán vị không ảnh hưởng tới chiều cao dây quấn Dây quấn hình xoắn thích dụng cho các cuộn HA điện áp từ 0,230 đến 35kV với các máy biến áp có công suất từ 160 đến 1000kVA. c. Dây quấn hình ống nhiều lớp Dây dẫn dùng là dây tròn quấn thành hình trụ nhiều lớp (lớn hơn 2), đồng tâm. Vì số vòng dây trong một lớp nhiều nên điện áp giữa các lớp cao do đó cách điện của dây dẫn không đảm bảo, do vậy phải thêm cách điện giữa các lớp. Thường dùng vài lớp giấy cáp để cách điện là đủ (đối với điện áp 10kV, dùng 3 lớp dày 3 x 0,12mm; đối với điện áp 6kV dùng hai lớp dày 2 x 0,16 mm). Để đề phòng phóng điện bề mặt, chiều cao cách điện giữa các lớp phải cao hơn chều cao của dây quấn từ 20 đến 50 mm (cả hai phía) và được quấn thêm những gờ bằng bìa cách điện. Nếu số lớp nhiều quá thì việc tản nhiệt sẽ khó khăn do đó cần phải có rãnh dầu dọc ở giữa. khi làm dây quấn HA ở trong, rãnh dầu có thể ở giữa dây quấn, còn khi làm dây quấn CA ở ngoài, rãnh đều thường bố trí vào quãng 1/3 đến 1/5 chiều dày cuộn dây tính từ trong ra ngoài. Hình 3.6: Cách điện phần dầu của dây quấn hình ống nhiều lớp. Dây quấn có thể dùng một sợi hay hai sợi chập lại, nhng ít khi dùng tới 4 sợi. Khi dùng nhiều sợi cũng không cần hoán vị vị trí của nó phân bố đã tương đối đều đặn. Việc rút đầu dây phân áp cũng dễ dàng mà không cần cắt hàn đầu dây. Hình 3.7: Cách điện phần dầu của dây quấn hình ống nhiều lớp Kiểu dây quấn này có điện dung trục lớn, do đó hệ số (trong đó Cđ là tổng điện dung dọc và Cq là tổng điện dung ngang của dây quấn) nhỏ nên chống sét tốt. Mặt khác kết cấu đơn giản, quá trình chế tạo cũng dễ. Nhược điểm là chịu lực co giới kém và tản nhiệt có phần khó khăn. Dây quấn này chủ yếu đợc áp dụng cho các máy biến áp có S dưới 630kVA và thường làm cuộn cao áp với điện áp 6,10 hay 35kV. Ngoài ra còn có một kiểu gần giống kiểu ống nhiều lớp dây tròn nữa gọi là dây quấn hình ống nhiều lớp phân đoạn, ở đây cũng làm bằng dây tròn. Việc phân đoạn thành nhiều bánh dây như vậy (thường là từng đôi một) sẽ giảm được điện áp giữa các lớp cạnh nhau trong từng bánh dây, nhờ đó có thể cải thiện vấn đề cách điện giữa các lớp. Mặt khác việc làm nguội cuộn dây cũng dễ dàng hơn. Nhược điểm của dây quấn này là việc quấn dây phức tạp hơn, do đó giá thành cao hơn. d. Dây quấn kiểu xoáy ốc liên tục ở đây người ta dùng dây tiết diện chữ nhật quấn liên tục thành nhiều bánh theo đường xoáy ốc phẳng. Như vậy chiều cao bánh dây vừa bằng chiều cao sợi dây. Giữa tất cả các bánh dây hay vài bánh dây một có rãnh dầu ngang. Suốt cuộn dây không có mối hàn nào để nối các bánh nên được gọi là dây bánh liên tục. Có thể dùng một sợi hay nhiều sợi chập lại để quấn nhưng không nên quá 44. Dây quấn liên tục có uư điểm là chịu đợc lực cơ học tốt. Nhưng nhược điểm là quá trình quấn phức tạp, vì khi một bánh quấn từ trong ra ngoài thường lệ, thì bánh tiếp theo phải quấn từ ngoài vào trong. Muốn quấn được bánh này trớc hét phải quấn tạm từ trong ra ngoài như bánh trước đó đã, sau đó khi đầy bánh phải giữ lấy đầu cuối và đầu đầu của nó rồi dùng tay nếp lại để cho những vòng trong ra ngoài và vòng ngoài vào trong. Như vậy ta được một đôi bánh khác (xem giáo trình “công nghệ chế tạo máy biến áp” của bộ môn thiết bị điện). Hình 3.9.Dây quấn xoáy ốc liên tục Yêu cầu đối với dây quấn này là: - Các đầu ra của dây quấn ở phía ngoài cùng bánh dây, để cách điện đỡ phiền phức. Như vậy số bánh dây phải là số chẵn. - Khi chập nhiều sợi phải hoán vị giữa các sợi dây. nhưng việc hoán vị ở đây có thể tiến hành giữa hai bánh cạnh nhau và không làm thay đổi chiều cao của dây quấn . Dây quấn xoáy ốc liên tục chủ yếu dùng làm cuộn CA và thờng dùng trong một dải công suất rộng các máy biến áp từ 160 đến 100000kVA, điện áp từ 2 đến 500kV và hơn nữa. Nó cũng có thể dùng làm cuộn HA cho những máy biến áp có dòng điện từ 10, 15 đến 300A. Ngoài những kiểu dây quấn cính thờng dùng trên còn một số kiểu dây quấn khác nh dây quấn không cộng hởng, dây quấn xen kẽ… dùng trong những máy biến áp chống sét, máy biến áp hàn điện… Nh đã biết (chơng 1) hiện nay ngoài dây quấn làm bằng dây đồng, một số nớc công nghiệp phát triển trên thế giới còn dùng dây nhôm. Nh vậy sẽ tiết kiệm đợc đồng – một kim loại chiến lợc rất quan trọng, mặt khác nhôm nhẹ, rẻ hơn nên giảm đợc trọng lợng máy và một phần giá thành vật liệu dây quấn. Tuy vậy dùng nhôm vẫn còn có một số khó khăn về kỹ thuật làm giảm tính năng của máy cần phải tiếp tục khắc phục. Do đó nó cha đợc dùng nhiều trong các máy biến áp loại lớn. II.Tính toán dây quấn hạ áp: 1. Số vòng dây một pha của dây quấn. Ta lấy (vòng). Tinh lại : 2. Mật độ dòng điện trong dây quấn. 3. Tiết diện sơ bộ vòng dây của dây quấn hạ áp. Với S=4000KVA, . Theo bảng 38 trang 211 sách TKMBAĐL Ta chọn kết cấu hình xoắn kép, khoảng cách rãnh dầu lấy : Theo bảng 30 trang 206 sách TKMBAĐL ta có Số vòng đệm cách điện một vành bánh dây là 12, bề rộng tấm đệm 4. Chiều cao hướng trục của mỗi vòng dây. Theo hình 3-40a trang 84 sách TKMBAĐL. ta có với , ,thì b không được phép vượt quá 43mm.do đó ta chọn kiểu dây xoắn mạch kép. 5.Theo bảng 21 (trang 190-191) với và ta chọn tiết diện của mỗi vòng dây gồm 12 sợi dây song song .theo đồ thị 3-40a sách TKMBAĐL ta chọn b=39(mm). Do tỷ lệ kích thớc sợi dây chọn trong phạm vi 1,3< b/a <3.nên chọn a= 4,5(mm) . Quy cách chọn dây dẫn hạ áp như sau : . Với :  :số sợi dây dẫn,a và tra theo bảng 21.ta có 6.Tiết diện của mỗi vòng dây : 7.Mật độ thực của dây quấn hạ áp : 8.Chiều cao của dây quấn hạ áp :Để bù cho dây quấn CA phải cắt giữa dây quấn khi điều chỉnh điện áp.ta bố trí thêm 16 rãnh dầu ngang mỗi rãnh 1cm,ở giữa chiều cao dây quấn HA ,do đó chiều cao thực của dây quấn HA là. K=0,940,96 là hệ số có xét sự co ngót khi ép chặt để sấy dây quấn. 9.kích thước rộng của dây quấn : (n=2 đối với dây quấn xoắn kép) Theo bảng 18 trang 197 sách TKMBAĐL Với ,s= 4000KVA dây quấn xoắn kép ta tìm được .dây quấn được quấn trên bia bakelít, ống có kích thước .có 12 cái chèn. 10.Đường kính trong của dây quấn HA : 11.Đường kính ngoài của dây quấn HA : 12.Suất tản nhiệt trên bề mặt nhiệt của dây quấn :  : Hệ Số chêm kín mặt ngoài của dây quấn. 13.trọng lượng đồng của dây quấn HA : Trong đó : 14.Trọng lượng dây đồng HA kể cả cách điện là III.Tính toán dây quấn cao áp : 1.Chọn sơ đồ điều chỉnh điên áp (như hình vẽ 3.1),các đầu phân áp được nối vào của bộ đổi nối 3 pha (hinh vẽ 3.2) dòng điện làm viêc qua các tiếp điểm là 63(A).Điện áp lớn nhất giữa các tiếp điểm của 2 pha của bộ đổi nối là : - điện áp làm việc : - điện áp thử : điện áp điều chỉnh Để có điện áp khác nhau bên CA cần phải nối như sau : (Hình 3.1) +5% 36750V +2,5% 35875V 0% 35000V -2,5% 34425V -5% 33250V 2.Số vòng dây của cuôn cao áp ứng với điện áp định mức : (vòng) 3.Số vòng dây của 1 cấp điều chỉnh điện áp : (vòng) 4. Số vòng dây tương ứng ở các đầu phân áp: Cấp 10500V: W2 = W2đm + 2W2đc = 859 + 2.20 = 899 vòng Cấp 10250V: W2 = W2đm + W2đc = 859+ 20 = 879 vòng Cấp 10000V: W2 = W2đm = 859 vòng Cấp 9750V: W2 = W2dm - W2dc = 859 - 20 = 839 vòng (Hình 3.2) Cấp 9500V: W2 = W2đm -2W2đc = 859 - 2.20 = 819 vòng 5. Mật độ dòng điện sơ bộ : 6.Chọn sơ bộ tiết diện dây dẫn : 7.Theo bảng 38 trang 202 sách TKMBAĐL.ta chọn kết cấu dây quấn kiểu hình ống nhièu lớp dây dẫn tròn dùng giấy cách điện giữa các lớp với U=10KV dùng 3 lớp dày 3*12mm,có rãnh dầu làm nguội bố trí vào khoảng 1,32,5 chiều dày của cuộn dây tính từ trong ra ngoài ,dùng dây dẫn một sợi. Theo bảng 20 trang 187sách TKMBAĐL ta chọn kích thước dây đươc ghi như sau : Ta có 8. Tiết diện toàn phần của mỗi vòng dây S2 = nv2. Jd2 .10-6 = 1. 19,63 = 19,63 9. Mật độ dòng điện thực của dây quấn cao áp 10.Số vòng dây trong một lớp: (vòng) Ta chọn W12 =88(vòng). Chieu cao dây quấn CA 11.số lớp dây quấn: (lớp) Với (vòng) 12.Điện áp làm việc giữa 2 lớp kề nhau: Căn cứ vào xác định chiều dày giữa các lớp cách điện.(theo bảng 26 trang 195 sach TKMBAĐL) Là gồm có 7lớp x 0.12(mm),đầu thừa cách điện lớp ở mỗi đầu dây quấn là 22 (mm). Tra bảng 18 và 19 trang 188 sách TKMBAĐL,ta tìm được các kích thước sau : a01 =30 (mm) : khoảng cách cách điện giữa trụ và dây quấn HA a12 = 27 (mm): khoảng cách giữa cuộn CA và HA = 5 (mm): ống cách điện giữa cuộn CA và HA Lđ2= 50 (mm): chiều dài đầu thừa a22 = 30 (mm): khoảng giữa cuộn CA và CA lo2 = 75 (mm): khoảng cách giữa dây quấn CA đến gông 13. phân phối số vòng dây trong các lớp ,chia tổ lớp: Ta chia dây quấn thành 2 tổ để tăng điều kiện làm nguội máy . + ở tổ thứ nhất (tổ lớp bên trong)gồm có 4 lớp với số vòng dây mỗi lớp là 88 vòng. + ở tổ thứ 2(tổ bên ngoài) gồm 4 lớp có số vòng là 88 và 2 lớp ngoài cùng mỗi lớp có số vòng là 86 vòng. Giữa 2 tổ có rãng dầu dọc trục (theo bảng trang 219 sách TKMBAĐL) (mm). 14.Chiều dày của dây quấn CA: =3,4(6+4)+5.[(4-1)+(6-1)+30]=0,104(m) 15.Đường kính trong của dây quấnCA : D2’= D1”+2.a12 = 0,435+2.0,027 = 0,489(m) 16.Đường kính ngoài của dây quấn CA: D2”= D2’+2.a2 = 0,489+2.0,104 =0,697 (m) 17.Khoảng cách giữa hai trụ cạnh nhau: C = D2”+a22 = 0,697+0,03= 0,727 (m) 18.Bề mặt làm nguội của dây quấn CA: =1,5.3.0,88.3,14.(0,489+0,697).0,3=4,42 K=0,88 19.Trọng lượng của dây quấn CA: 20.Trọng lượng day quấn CA có cách điện: Chương 4 Tính toán các tham số ngắn mạch Tính toán ngắn mạch liên quan đến việc tính toán tổn hao ngắn mạch Pn,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 và 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 và CA do dòng điện gây ra PCU2, PCU1. - Tổn hao phụ trong hai dây quấn: D o từ thông tản xuyên qua dây quấn làm cho dòng điện phân bố không đều trong tiết diện day gây ra Pdd1, Pdd2. - Tổn hao phụ trong dây dẫn ra (Prf1, Prf2): Thường tổn hao này rất nhỏ có thể bỏ qua. - Tổn hao trong vách dầu và kết cấu kim loại khác Ptd: Do từ thông tản gây nên Vậy tổn hao ngắn mạch là: Pn= PCu1.kf1 + PCu2.kf2 + Pdd1 + Pdd2 + Ptd 1. Tổn hao chính trong dây quấn . Như ta đã biết PCu tỷ lệ với bình phương của mật độ dòng điện vì vậy khi đảm bảo cho PCu bằng hằng số nếu D tăng thì GCu phải giảm. Nhưng không đặt vấn đề tăng nhiều D để giảm trọng lượng đồng. Vì vậy trọng lượng đồng không giảm được bao nhiêu mà tổn hao đồng sẽ tăng lên nhiều lần (có thể quá mức quy định). Đồng thời dây quấn sẽ phát nóng nhiều và phải dùng nhiều dầu để làm nguội dây quấn. Với dây quấn hạ áp : PCu1 = 2,4.. GCu1= 2,4. 2,942. 654,4 = 13575,3 (W) Với dây quấn cao áp : PCu2 = 2,4.. GCu2 = 2,4. 3,252.682,8=17309 (W) 2.Tổn hao phụ : -Tổn hao phụ trong dây quấn hạ áp : = Trong đó: Với m=48 - Tổn hao phụ trong dây quấn cao áp : = Trong đó: Với : m = 66 3.Tổn hao chính trong dây dẫn : - Đối với dây quấn hạ áp : Chiều dài của dây dẫn ra : ldd= 7,5.l = 7,5.30 = 225 (cm) Trọng lượng đồng của dây dẫn hạ áp : Gdd1 = ldd1.S1. .= 225.1131,6.8900.10-8 =22,7 (Kg) Trong đó S1=1131,6() là tiết diện mỗi vòng dây hạ áp, là tỷ trọng của đồng. Tổn hao trong dây dẫn : Pdd1 = 2,4.12.Gdd1 = 2,4.2,942.22,7 = 470,9(W) - Đối với dây quấn cao áp : Trọng lượng đồng của dây dẫn ra : Gdd2 = ldd2.S2.= 225.7,795.8900.10-8 = 0,16(Kg) Tổn hao trong dây dẫn : Pdd2 = 2,4.22.Gdd2 = 2,4.3,252.0,16 = 4,05 (W) 4. Tổn hao trong vách thùng dầu và các chi tiết kết cấu khác: Tổn hao phụ ở vách thùng : Ptd = 10. k. S = 10. 0,01. 4000 = 400 (W) Với: K = 0,01 (theo bảng 13.18 trang 481 sách TKMĐ). Tổn hao ngắn mạch : Pn= PCu1.kf1 + PCu2.kf2 + Pdd1 + Pdd2 + Ptd = 13575,3.1,125 + 17309.1,01 + 470,9 + 4,05 + 400 = 33629 (W) Vậy so sánh với số liệu đã cho là:sai số đạt yêu cầu.nằm trong phạm vi cho phép 5%. II. Điện áp ngắn mạch : Trị số Un là một tham số rất quan trọng ảnh hởng tới những đặc tính vận hành cũng như kết cấu của máy. Thật vậy: + Khi Un% bé thì dòng điện ngắn mạch In lớn gây lên lực cơ học trong máy biến áp lớn. + Khi Un% lớn thì điện áp ở trong máy biến áp tăng lên ảnh hởng đến các hộ dùng điện + Sự phân phối tải nguồn các máy biến áp làm việc song song với Un khác nhau sẽ không hợp lý. Không tỷ lệ với dung lợng của máy mà tỉ lệ ngợc với điện áp ngắn mạch Un%. Ta đã biết: Điện áp ngắn mạch toàn phần 1. Thành phần tác dụng của điện áp ngắn mạch. 2. Thành phần phản kháng của điện áp ngắn mạch. Trong đó: 3.Điện áp ngắn mạch toàn phần : Sai lệch so với tiêu chuẩn : Vậy với 0,15% thuộc phạm vi cho phép 5% III.Tính toán lực cơ học khi ngắn mạch : Khi làm việc bình thường , lưc điện động tác dụng lên dây quấn rất nhỏ.nhưng khi có sự cố ngắn mạch rất lớn .việc dây quấn phát nhiệt không quan trọng lắm vì trong thời gian rất ngắn máy tự động cắt .vấn đề nguy hiểm là lực điện động tác dụng lên dây quấn .vì vậy cần tính toán kiểm nghiệm. Khi tính toán kiểm nghiệm ta cần làm các việc sau: -Xác định trị số cực đại của dòng điện ngắn mạch. -Xác định lực cơ giới giữa các cuộn dây. -Tính toán ứng suát cơ của các đệm cách điện giưữa các dây quấn và bản thân dây quấn. 1.Trị số hiệu dụng của dòng điện ngắn mạch xác lập : 2.Trị số cực đại (hay xung kích ) của dòng điện ngắn mạch : 3.Lực cơ học khi ngắn mạch : -Lực hướng kính : Đối với cap áp: FK2= 0,628.(imax.w2)2..kr.10-6 = 0,628.(2347.859)2.1,9.0,935.10-6 = 4534583(N) Đối với hạ áp: FK1= 0,628.(imax.w1)2..kr.10-6 = 0,628.(2347.17)2.1,9.0,935.10-6 = 1776(N) - Lực chiều trục: Trong đó: m =4: phụ thuộc vào cách bố trí đường dây như hình vẽ. = 8,05(cm) :khoảng cách trống giữa 2 dây quấn. với (B là chiều ngang thùng dầu;d là đường kính trụ). H.vẽ: hướng tác dụng của lực hướng kính 4.Lực ép điện động cực đại trong các dây quấn : Ft1 = Ft’+ Ft”= 60,7+ 47068 = 47128,7 (N) Ft2 = Ft”- Ft’= 47068 – 60,7 = 47007,3 (N) Từ đó nhận thấy lực nén chiều trục lớn nhất tác dụng lên chính giữa dây quấn HA tại đó Ft1=47128,7 (N) 5. ứng suất ép lên các tấm đệm cách điện giữa các bánh dây : Với : a.b là kích thước miếng đệm : 30 40. Nhỏ hơn trị số cho phép Chương 5: Tính toán cuối cùng về hệ thống mạch từ Sau khi xác định kích thước và trọng lượng của dây quấn sao cho về tính năng Un,Pn đạt yêu cầu ta sẽ tiến hành tính toán cuối cùng về mạch từ để xác định các kích thước cụ thể của bậc thang của trụ sắt. Sau đó tính dòng không tải, tổn hao không tải và hiệu suất của máy biến áp. I. xác định các kích thước cụ thể của lõi sắt. Ta chọn lõi thép 3 pha, 3 trụ phẳng, các lá thép ghép xen kẽ bằng tôn cán lạnh 3404 dày 0,35mm có 4 đầu nối nghiêng ở 4 góc. ép trụ bằng nêm với cuộn dây không có tấm sắt ép trụ. Gông ép bằng xà ép gông. Tiết diện trụ có 6 bậc, gông có 5 bậc. Kích thước các tập lá thép như hình vẽ Theo bảng 41a trang 205 sách TKMBAĐL ta có kích thước của các tập lá thép như sau: Thứ tự tập Trụ (mm) Gông (trong nửa tiết diện trụ- mm) 1 175x21 175x21 2 155x25 155x25 3 135x13 135x13 4 120x8 120x8 5 95x9 95x9 6 65x8 - 1.Tiết diện của trụ và gông theo phụ lục XVII-2 trang 666 sách TKMĐ với d=18cm ta có: Tiết diện trụ : ST = 232,8 cm2 Tiết diện trụ thuần sắt : (cm2) Tiết diện của gông trong các bậc: SG =237,6 (cm2) T iết diện thuần sắt của gông: (cm2) 2. Chiều dày của trụ : bT == 21+25+13+8+9+8=84(mm)=8,4(cm) Chiều dày của gông : bg=2.=2.(21+25+13+8+9)= 172(mm)=17,2(cm) 3.Số lá thép trong từng bậc của trụ và gông : Tổng số lá thép trong trụ và gông: (lá) : là chiều dày của mỗi lá tôn silic (mm) Kd = 0,93 là hệ số điền đầy của tập lá thép Số lá thép trong từng bậc của trụ và gông : - Bậc 1: - Bậc 2: - Bậc 3: - Bậc 4: - Bậc 5: - Bậc 6: 4.Chiều cao của trụ: lT=l+2l0=38,3+2.3=44,3(cm) 5.Khoảng cách giữa hai trụ: 6.Trọng lượng sắt góc mạch từ chung cho gông và trụ: =2.0,913.7650.106.(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) =23,4(Kg) 7.Trọng lượng sắt trong gông: Với : GG’’=2.Gg=2.23,4=46,8(kg) Suy ra GG=278+46,8=324,8(kg). 8.Trọng lượng sắt trong trụ: Với : Suy ra GT=216+14,8=230,8(kg). 9.Trọng lượng sắt: GFe=GT+GG=230,8+324,8=555,6(kg) II. Tính tổn hao không tải Khi cấp điện áp xoay chiều định mức có tần số định mức vào cuộn dây sơ cấp và cuộn dây khác để hở mạch gọi là chế độ không tải. Tổn hao không tải của máy biến áp gồm có: tổn hao trong lá thép silic, tổn hao đồng trong dây quấn do dòng không tải sinh ra, tổn hao do dòng điện rò trong các chất cách điện. Tổn hao đồng lúc không tải ở dây quấn rất nhỏ nên có thể bỏ qua. Ta xem tổn hao không tải gồm hai thành phần. + Tổn hao trong trụ sắt + Tổn hao trong mạch từ 1.Trị số tự cảm: Lõi thép làm bằng tôn cán lạnh mã hệu 3405, dày 0,30 mm do đó trị số tự cảm trong trụ sắt và trong gông là: Mật độ từ thông ở khe hở rãnh chéo: 2. Tổn hao không tải : Theo bảng 45 trang 211 sách TKMBADL,Với thép cán lạnh mã hiệu 3404,dày 0,35mm ta tra được suất tổn hao sắt tương ứng : Bt= 1,56 (T) ta được : pT = 1,207 (W/kg) , qT=2,07(VA/cm2), pkT=0,0615(W/cm2). Bg = 1,53(T) ta được : pG = 1,151 (W/kg) , qG=1,864(VA/cm2) PkG=0,0593(W/cm2). BK= 1,103(T) ta được :pK=0,576 (W/kg) , qK=0,25(VA/cm2) Pk’=0,032(W/cm2). Khi dùng tôn cán lạnh đẳng hướng để làm lõi sắt máy biến áp thì tổn hao không tải P0 và dòng điện không tải I0 chịu ảnh hưởng rất lớn của kết cấu và công nghệ lõi sắt.Vì vậy khi tính toán P0 và I0 phải dựa vào nhiều hệ số để xét sự gia tăng tổn hao cũng như công suất từ hoá . Hình dáng tiết diện gông ảnh hưởng đến sự phân bố từ cảm trong trụ và gông cho nên ta đưa thêmvào hệ số tăng cường ở gông k1’=1. Hệ số tổn hao do tháo lắp gông để lồng dây vào trụ làm cho chất lượng lá thép giảm xuống.chọn k2’=1,01 Hệ số tổn hao do ép trụ k3’=1,02 Hệ số tổn hao do cắt dập lá tôn thành tấm k4’=1 Hệ số tổn hao do xử lý bavia k5’=1 Hệ số tổn hao xét đến các góc nối của mạch từ k6’=8,58 (theo bảng 47 trang 213 sách TKMBAĐL). Vậy tổn hao không tải : Vậy sai số so với tiêu chuẩn là: đạt yêu cầu 3.Công suất từ hoá: Trong đó :k1’’=1 hệ số làm tăng công suất từ hoá ở gông. k2’’=1,01 hệ số kể đến sự tăng công suất khi tháo lắp. k3’’=1,02 hệ số ảnh hưởng của việc ghép mạch từ. k4’’=1,18 hệ số kể đến ảnh hưởng của việc cắt gọt dập lá thép có ủ k5’’=1 hệ số kể đến việc cắt gọt bavia với lá thép ủ. Theo phụ lục XVIII trang 667 sách TKMĐ ta chọn k6’’=27,95 hệ số tăng công suất từ hoá ở mối nối góc của mạch từ nối xen kẻ Thay số vào công thức ta có: 4.Thành phần phản kháng của dòng điện không tải 5.Thành phần tác dụng của dòng điện không tải: 6.Dòng điện không tải toàn phần: i0%===1,15 % 7.Hiệu suất của máy biến áp: Hiệu suất của MBA lúc tải định mức; h%=[1-].100 Trong đó:P0=804(W) Pn=4507(W) Pđm=320.103(W) khi cos=1 Vậy Vậy hiệu suất của máy là 98,38% Chương 6 tính toán nhiệt của máy biến áp I.Đại cương Tính toán nhiệt là tính toán về nhiệt ở trạng tháI xác lập nghĩa là khi máy biến áp làm việc liên tục với tảI định mức. ậ trạng tháI xác lập này tiòan bộ nhiệt lượng do dây quấn và lõi sắt phát ra đều khuếch tán xung quanh. Đường khuếch tán của dây điện có thể phân ra làm các loại sau: Từ dây quấn hay lõi sắt ra một cuộn dây ngoài tiếp xúc với dầu bằng truyền dẫn. Qúa độ từ mặt ngoài dây quấn hay lõi sắt vào dầu. Từ dầu ở mặt ngoài dây quấn hay lõi sắt truyền tới mặt trong thùng dầu đối lưu. Qúa độ truyền từ dầu vào trong vách thùng dầu. Cuối cùng là nhiệt từ vách thùng truyền ra không khí xung quanh bằng bức xạvà 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 dẫn hay lõi sắt với mặt ngoài của nó. *Qua mỗi lần truyền nhiệt để nhitệ độ giảm dần nghĩa là nó gây nên một lượng suy nhiệt độ ,kết quả là sovới môI trường không khí xung quanh thì các bộ phận của máy biến áp có nhiệt độ chênh nào đó. *Trị số dòng nhiệt càng lớn thì nhiệt độ chênh càng lớn. *Nhiệt độ chênh giữa mặt ngoài với dây quấn . *Nhiệt độ chênh giữa dầu và vách thùng. *Nhiệt độ chênh giữa vách thùng và không khí. +Chọn kích thước thùng dầu bảo đảm toả nhiệt tót,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. Như vậy việc tính toán nhiệt của MBA kháphức tạp,nó ảnh hưởng rất nhiều đến tuổi thọ của MBA và chế độ làm việc định của MBA.Việc tính toán nhiẹt này cũng còn lien quan tới việc thiết kế thùng dầu và các bộ phận tản nhiệt khác. II.Tính toán cụ thể về nhiệt của MBA 1.Nhiệt độ chênh trong lòng dây quấn với mặt ngoài của nó: Dây quấn HA: Trong đó:chiều dày cách điện một phía của dây dẫn. Suất dẫn nhiệt của lớp cách điện(tra theo bảng 54 trang 218 sách TKMBAĐL). Dây quấn CA: Trong đú : 2 . Nhiệt độ chênh giữa mặt ngoài dây quấn đối với Dây quấn HA: =1.1,1.0,35.0.8.293,20,6=9,310C Trong đó :k1=1 khi làm lạnh tự nhiên bằng dầu. k2= 1,1 đối với dây quấn trong (HA) k3=0,8 là hệ số có tính đến sự đối lưu khó khăn của dầu do bề rộng tương đối của rãnhdầu ngang gây nên(theo bảng 55 trang 220 sách TKMBAĐL,khi hr/a=1/3,75). Dây quấn CA: = 1.1.1,05.0,35.3000,6=11,30C Trong đó: k2=1 đối với dây quấn CA quấn ngoài. k3=1,05 (theo bảng 55 với hr/a=3/34). 3.Nhiệt độ chênh trung bình của lòng dây quấn hay lõi sắt với mặt ngoài của nó thường bằng khoảng 2/3 nhiệt độ chênh lệch toàn phần. Do đó ta có: q0tb = 2/3q0 Ta chọn nhiệt độ cao nhất trong HA hoặc trong CA q0tb =.11,3 = 7,53 0C 4.Nhiệt độ chênh trung bình của dây quấn đối với dầu: q0dtb =q0tb+q0d Dây quấn HA: q0dtb =7,53+9,31 =16,840C Dây quấn CA: q0dtb =7,53+11,3 =18,830C 5.Nhiệt độ chênh giữa dầu và rãnh thùng dầu q0dt: Cách tính nhiệt độ chênh này cũng tương tự như qod phụ thuộc mật độ dòng nhiệt đi qua mặt cách thùng. Thường nhiệt độ chênh này không quá 5¸ 6 0C, do đó sơ bộ có thể lấy qdt =5 0C. 6. Nhiệt độ chênh giữa vách thùng và không khí qtk: Nhiệt độ từ vách thùng truyền ra không khí xung quanh theo 2 con đường, một bộ phận truyền theo phương pháp đối lưu, một bộ phận truyền theo phương pháp bức xạ. Việc tính toán nhiệt cho nửa vách thùng và không khí qtk liên quan tới việc tính toán mặt bức xạ và đối lưu của thùng, tới đây ta tính toán thùng vì thế căn cứ vào nhiệt độ cho phép giữa dây quấn và không khí qtk. Cuối cùng sẽ tìm được nhiệt độ chênh giữa thùng dầu và không khí.Trị số qtk phải được kiểm tra lại xem có đạt được nhiệt độ chênh cho phép không.nếu đạt ta chọn sơ bộ qtk =40 0C. Chương7 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 và HA, bình giãn dầu…Vì vậy thùng dầu ngoài yêu cầu đảm bảo tản nhiệt tốt còn phải đẩm 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 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 tản nhiệt. 1 . Theo bảng 57 trang 220 sách TKMBAĐL với công suất của MBA là S=320(KVA).Ta chọn loại thùng với vách cánh sóng. s s s s d d 1 1 2 4 2 Dây dẫn raHA Dây dẫn raCA 3 2 . Các khoảng cách điện từ dây dẫn ra đến vách thùng dầu ,đến xà ép gông trên được xác định như sau. S1 = 2,3 (cm) :là khoảng cách đến vách thùng cho dây dẫn ra CA có Uth2 = 28kV (theo bảng 31 trang 198 sách TKMBAĐL). S2 = 2,3 (cm) : là khoảng cách đến xà ép gông cho dây dẫn ra CA. S3 = 2,5 (cm) : là khoảng cách đến vách thùng cho dẫy ra HA không bọc cách điện (theo bảng 31). S4 = 3,3 (cm) : là khoảng cách đến dây quấn CA có Uth2= 28kV cho dẫy HA có Uth1= 5kV,không có bọc cách điện (theo bảng 32 trang 199 sách TKMBAĐL). 3.Chiều rộng của thùng: Đây là MBA ba pha cấp điện áp 10/0,4 KV B = D2’’+S1+S2+d1+S3+S4+d2 Trong đó : D2’’=40,5 (cm) đường kính ngoài của dây quấn CA. d1= 3,5 (cm) đường kính dây dẫn ra có bọc cách điện của dây quấn CA d2 = 0,34 (cm) đường kính dẫy dẫn ra có bọc cách điện của dây quấn HA Như vậy B = 40,5+2,3+2,3+3,5+2,5+3,3+0,34= 54,74 (cm) Để tâm trụ ở giữa ta lấy B = 0,56 (m) 4. Chiều dài của thùng: A=2.C+D2’’+2.S5 = 2.42 + 40,5 + 2.6,14 = 136,78(cm) Trong đó : C = 42(cm) D2’’ = 40,5 (cm) S5 : là khoảng cách giữa dây quấn CA và HA S5 = S3 + d2 + S4 =2,5+0,34+3,3 = 6,14( cm) 5. Chiều cao của thùng: H = H1+H2 Trong đó : H1: là chiều dài từ thùng đến hết chiều cao lõi sắt. H1 = LT+2.hG + n LT = 44,3 (cm) n = 5(cm) chiều dày tấm lót dưới gông dưới hG = SG=217(cm2) tiết diện hữu hiệu của gông. bG =17,2(cm) chiều rộnh của gông. br = 0,8(cm) chiều rộng rãnh làm lạnh. nr = 2 số rãnh làm lạnh. hG = = 13,91 (cm) Vậy H1= 44,3+2.13,91+5=77,1(cm) H2:là khoảng cách tối thiểu từ gông đến nắp thùng.Theo bảng 13.13 trang 502 sách TKMĐ ta có H2=30(cm). H=77,1+30=107,1(cm) 6 . Diện tích bề mặt bức xạ Đối với thùng có đáy ô van Mbx = Mfov.K.10-4 Trong đó: Mfov = [2.(A-B) + P.B].H là diện tích thùng thẳng đáy ô van Mfov = [2.( 136,78 - 56) + 3,14. 56].107,1 = 36135.54cm2=3,6 m2 Theo bảng 59 trang 221 sách TKMBAĐL, ta chọn k =1,2 hệ số ảnh hưởng hình đáy mạt ngoài thùng. Vậy Mbx = 3,6.1,2 = 4,32 (m2) 7. Bề mặt đối lưu của thùng dầu: Căn cứ vào tổng tổn hao , vào nhiệt độ chênh giữa vách thùng và môi trường xung quanh ta . M¢đl = - 1,12.Mbx (m2) Trong đó : åp = p0 + pn = 804 + 4507 = 5311 (W) qtk : Là nhiệt độ chenh giữa thùng dầu so với không khí xung quanh.Ta căn cứ vào những điều kiện sau để chọn cho thoả đáng. 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: qdk = 600C - q0dtb=60 – 18,83 = 41,170C Nhiệt độ chênh của lớp dầu trên so với không khí:1,2.qdk=1,2.41,17= 49,4 < 500C Nhiệt độ chênh của thùng dầu đối với không khí: Sơ bộ lấy nhiệt độ chênh của dầu đối với thùng trong : qdt = 50C qtk = qdk - qdt = 41,17 – 5 = 36,170C Như vậy sơ bộ ta tính được : qtk = 36,17 0C Thay số vào ta có : M¢dl = m2 Bề mặt đối lưu của nắp thùng: M=0,5[(A-B)(B+0,16)+ .] =0,5[(1,3678 - 0,56)(0,56+0,16)+ .]=0,49 m Trong đó : 0,16 là bề rộng cả hai bên của vành nắp. 0,5 là hệ số kể đến sự che khuất bề mặt thùng. - Bề mặt đối lưu của các bộ tản nhiệt : M- Mfov - Mn dl=20,3 – 3,6 – 0,49=16,21 m 8.Thiết kế thùng dầu : Căn cứ vào bề mặt bức xạ và đối lưu của thùng vừa tính sơ bộ ở trên để thiết kế cụ thể thùng dầu : kích thước thùng, hình dáng mặt thùng (phẳng, hay có ống hay có bộ tản nhiệt, kích thước ốnh, số dãy …).Sau đố với tùng dầu đã thiết kế cụ thể, tính toán lại bề mặt bức xạ,đối lưu của nó từ đố kiểm tra lại xem MBA có đạt tiêu chuẩn nhiệt độ chênh cho phép hay không.nếu không đạt phải tăng bề mặt tản nhiệt của thùng cho thích hợp. Với máy có công suất S = 320 KVA như đồ án của em thì em chọn thùng dầu có vách dạng sóng,sở dĩ ta chon như vậy vì loại thùng này được chế tạo đơn giản, cánh sóng có thể uốn tròn đầu hay ghép 2 mép bằng kỷ thuật hàn tiếp xúc lăn H.vẽ:Hình dáng và kích thước chính của vách thùng cánh sóng đầu tròn Bề mặt bức xạ của vách thùng cánh sóng : Mbxs = [2.(A-B) +.(B + 2.b.10-3)].Hs = [2.(1,3678 – 0,56)+3,14.(0,56 +2.300.10-3)].0,971=5,11(m2) Trong đó :b =300(mm) chiều sâu lớn nhất của cánh sóng. Hs=H- 0,1=0,971(m) chiều caocủa cánh sóng. - Chiều dài một bước sóng: t = a+c+2.=0,01+0,004+2.0,0008=0,0156(m). Trong đó: c = 4mm = 0,004m là chiều rộng khe dầu. a = 10 mm = 0,01m là chiều rộng không khí. = 0,8 mm = 0,0008m chiều dày tấm tôn chế tạo cánh sóng. - Chiều dài khai triển một bước cánh sóng : ls = [2.(b - )+(t – c)+].10-3=(2.b+t-0,43.c).10-3 = 2.0,3 + 0,0156 – 0,43.0,004 = 0,614(m) Số lượng cánh sóng: m = [2.(A-B)+.B]/t = [2.(1,3678-0,56)+3,14.0,56]/0,0156 =216 - Bề mặt đối lưu của thùng cánh sóng : Mđls= m.ls.ks.Hs=216.0,614.1.0,971=128,8(m2) Trong đó : ks= 1- /190=1hệ số tính đến mức độ đối lưu khó khăn của không khí giữa các cánh sóng. Bề mặt nắp thùng: Mn= +bn.(ln- bn) = + 0,64.(1,3678 – 0,56) =1,02(m2) Trong đó :bv=0.04m chiều rộng vành nắp thùng. bn=B+2.bv=0,56+2.0,04=0,64m :chiều rộng nắp thùng ln=A+2.bv=1,3678+2.0,04=1,41m :chiều dài nắp thùng. B ề mặt phân vách trên thùng không có cánh sóng: Mt=0,1.t.m=0,1.0,0165.216=0,3564(m2) Bề mặt bức xạ toàn phần của thùng cánh sóng bằng: Mbx=Mbxs+Mt+0,5.Mn=5,11+0,3564+1,02=6,5(m2) Bề mặt đối lưu toàn phần của thùng cánh sóng: Mđl=Mđls+Mt+0,5.Mn=128,8+0,3564+1,02=130(m2) 9. Nhiệt độ chênh của dây quấn và dầu của MBA: - Nhiệt độ chênh của thùng đối với không khí: =[ ]=[ ]= 9,3 0C Nhiệt độ chênh của dầu so với không khí: Trong đó : k1=1 làm lạnh bằng dầu tự nhiên. - Nhiẹt độ chênh của dầu với không khí: 0C - Nhiệt độ chênh của lớp dầu trên so với không khí : 10,874= 13,050C < 50 0C - Nhiệt độ chênh của dây quấn đối với không khí : Dây quấn HA : 0C < 60 0C Dây quấn CA : 0C < 60 0C . Xác định sơ bộ trọng lượng ruột máy ,vỏ máy,dầu và bình giản dầu: Việc tính toán chính xác trọng lượng ruột máy, vỏ máy,dầu và bình giản dầu của MBA chỉ có thể tiến hành được sau khi hoàn thành thiết kế đầy đủ các chi tiết của MBA.Nhưng những tính toán ở trên có thể xác 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. - Trọng lượng của ruột máy (phần tác dụng) Tức là toàn bộ lõi sắt có các dây quấn và dây dẫn ra trừ nắp máy: Gr=1,2(Gdq + GFe + SGdr) Trong đó : 1,2 là hệ số kể đến trọng lượng ruột máy tăng thêm do cách điện. Gdq=93+175=268 (kg) :là trọng lượng của dây quấn. GFe= 495,5(kg) :là trọng lượng của lõi sắt. SGdr= 4,2 + 0,2 = 4,4(Kg): là tổng trọng lượng dây dẫn ra ở HA và CA. Thay số vào ta được: Gr = 1,2.(268 + 495,5 + 4,4) = 921,48(kg) - Trọng lượng dầu: Thể tích dầu trong thùng Vd=Vt-Vr (dm3) Trong đó: Vt : Thể tích bên trong của thùng dầu Vt=A.B.H= (136,78. 54,74 .107,1)10-3= 801,89 (dm3). Vr : Thể tích ruột máy Vr= (với grCu=5,5->6 Kg/dm3, ta chọn grCu=5,5 Kg/dm3) Vậy Vr= dm3 Do đó Vd = 801,89 – 167,54=634,35 dm3 Vậy thể tích dầu toàn bộ trong MBA là Vd = 634,35 (dm3) Trọng lượng dầu: Gd=1,05. [0,9(Vt-Vr)] =1,05 .0,9 . 634,35 =599,46 (kg) - Trọng lượng thùng: Thể tích ngoài thùng (kể đến bề dày) Vnt = An’.Bn’.Hn’ Trong đó : An’=A + 2=136,78+ 2 = 138,78(cm) Bn’=B + 2 = 54,74 + 2=56,74 (cm) Hn’=H + 2 = 107,1 + 2=109,1 (cm) Thay số vào ta được: Vnt = 138,78 . 56,74 . 109,1 .10-3=859,1(dm3) Thể tích phần có thêm bề dày là: Vth=Vnt-Vt=859,1 – 801,89 = 57,21 (dm3) Trọng lượng của thùng dầu là : Gth=Vth.g = 57,21.7,85 =449,1(kg) - Bình giãn dầu: Quy định tất cả các MBA có dung lượng trên 100kVA, điện áp trên 6kV,đều phải có bình giãn dầu.Thể tích bình giãn dầu phảI đảm bảo sao cho khi nhiệt độ của không khí xung quanh dao động trong phạm vi – 10 đến +400C, và nhiệt độ chênh của lớp dầu trên từ 00C đến 600C thì dầu chỉ được giản nở trong phạm vi bình giãn dầu. Thường thì thể tích bình giãn dầu thường bằng 7% đến 10% thể tích dầu trong thùng : Vgd=0,1 . Vd=0,1 . 634,35=63,435 dm3. Bình giãn dầu thường làm bằng thép hàn nối , chiều dày từ 1 đến 3mm.và đặt nằm ngang trên nắp thùng,không cho phép vượt quá kích cỡ MBA. Nghĩa là: lgd B + 2.an.10-3=0,5474+2.680.10-3=1,91m Ta chọn lgd=1,5 m => dgd=2,32 dm=0,232 m PHầNIII: Kết cấu máy biến áp I- Kết cấu vỏ Vỏ MBA là bộ phận bảo vệ các chi tiết máy bên trong như ruột máy (lõi sắt và dây quấn) đồng thời cũng là thùng chứa dầu của máy. Vỏ thùng MBA đồng thời cũng là nơi mà trên đó lắp nắp máy,đế máy và hệ thống các khối cách tản nhiệt. Phía trên của vỏ thùng bên thành ta có hàn 4 góc, 4 móc cẩu, giúp cho việc nâng hạ, lắp ghép máy được đễ dàng và thuận lợi. II- Kết cấu ruột máy Ruột máy là bộ phận gồm 2 khối riêng rẽ ghép lại đó là: Lõi sắt và dây quấn. Dây quấn ta bố trí cuộn hạ áp đặt trong cuộn CA đặt ngoài, giữa các cuộn dây ta lót cách điện bằng ống cách điện và thanh nêm, đưa đầu dây ra của mỗi cuộn ở phía trên cuộn dây. Lõi sắt là loại ba pha ba trụ, trụ tròn có 7 bậc còn gông có 6 bậc. Tiến hành lắp ghép cuộn dây vào trụ. Đầu tiên ta phải dỡ các lá thép của gông trên ra rồi lót cách điện ống sát trụ và các thanh nêm bằng gỗ rồi lồng cuộn dây vào. Sau đó đai nẹp lại cho cuộn dây ôm chặt vào trụ và đảm bảo cuộn dây được chắc chắn khi vận hành. Các trụ còn lại ta làm tương tự Chú ý đưa đầu dây ra của mỗi cuộn dây trên mỗi trụ sao cho hợp lý và gọn nhất. Sau khi lồng dây vào trụ xong ta lắp ghép phía gông trên vào như cũ, ta dùng các bulông có chiều dài bằn chiều cao mạch từ và xà ép gông trên và dưới giữ cố định gông bám chắc vào trụ và các bulông bắt ngang phía gông trên và dưới. Việc ép gông như vậy là rất quan trọng, để tránh những tiếng ù phát ra khi máy hoạt động nếu máy MBA mà gông trụ ép không được chặt. IV-Lắp ruột vào vỏ Ruột máy đã được lắp hòan chỉnh ta tiến hành bắt ruột mày với đáy của vỏ (đáy thùng máy) bằng những bulông Ruột máy phải được bắt chặt vào đáy thùng để tránh những sự cố có thể xảy ra khi vận chuyển hay vận hành máy. V- Bố trí các chi tiết trên nắp máy Nắp máy là lơi bố trí các đầu đầu dây ra và vào của MBA, qua các điểm đấu. Trên nắp máy có bố trí 3 quả sứ cao cấp, mỗi quả sứ có 4 tầng Trên nắp máy bố trí ống đổ dầu bổ sung vào máy và ống phòng nổ. ống phòng nổ miệng hướng theo phương thẳng đứng. Ta còn bố trí 2 moc nâng hạ ở 2 bên nắp máy ở mặt trên để có thể nâng hạ nắp máy khi tiến hành bảo trì bảo dưỡng máy. VI- Kết cấu máy hoàn chỉnh Sau khi tiến hành các bước lắp ghép máy như vậy ta được một MBA hòan chỉnh Khi MBA được lắp ghép hoàn chỉnh các bộ phận xong ta tiến hành hút chân không trong ruột máy và tiến hành bơm dầu vào trong máy qua đường van đặt phía dưới cạnh bên của đáy máy. ở đó máy có bố trí 4 chỗ chờ bắt bulông để cố định máy vào nơi cần đặt máy để vận hành sử dụng. Kết luận Thiết kế MBA là một ngành có quá trình tồn tại và triển đã lâu, từ khi xuất hiện ngành chế tạo MBA tới nay đã có biết bao sự cải tiến kĩ thuật để nâng cao hiệu quả sử dụng máy và hạ giá thành sử dụng. Bài thiết kế của em được làm dựa những kiến thức lý thuyết là chủ yếu và có thể còn thiếu đi nhiều tính thực tế trong quá trình vận hành và sử dụng. Em rất mong các thầy cô xem xét và có những ý kiến đóng góp để giúp em củng cố lý thuyết. Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn thầy hướng dẫn :nguyễn anh tuấn, đã tận tình giúp đỡ em hoàn thành bài thiết kế môn học này. Sinh viên thực hiện: Tài liệu tham khảo [1] Thiết kế máy biến áp điện lực- Phan Tử Thụ- Nhà xuất bản khoa học và Kĩ thuật- Hà nội 2002. [2] Thiết kế máy điện - Trần Khánh Hà. Nguyễn Hồng Thanh- Nhà xuất bản Khoa học và Kĩ thuật- Hà nội 1997. [3] Kĩ thuật điện -Đặng Văn Đào. Lê Văn Doanh- Nhà xuất bản Khoa học và Kĩ thuật. [4] Máy điện 1- Vũ Gia Hanh- Nhà xuất bản Khoa học và Kĩ thuật- Hà nội 2001.