Thiết kế máy biến áp điện lực ba pha ngân dầu

= 0,13 x 61 x 2 x 0,6 = 10 (mm) Chiều cao thực của dây quấn hạ áp : 1160 (mm) - Chiều rộng dây quấn hạ áp a = 3 x 4,1 + 0,2 = 12,5 mm 6 0 v ß n g 6 0 v ß n g H ×n h 2 . B è t r Ý d © y q u Ê n th ø c Ê p 6 0 v ß n g Bố trí lớp 1 và 3 dây quấn phải,lớp hai quấn trái, giữa các lớp có kênh làm mát 9mm giữa dây quấn hạ áp và trụ có cách điện 5mm. - Khoảng cách giữa dây quấn hạ áp và trụ là 20,5 (mm). Chiều rộng kênh Vn – nn là Δ = 25 (mm). ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 19 9. Đường kính trong dây quấn hạ áp D’ = 380 + 2.21 = 422 (mm) = 437 (mm) 10. Đường kính ngoài dây quấn hạ áp D’’= 422 + 2. 12,5 = 437 (mm) 11. Khối lượng nhôm dây quấn hạ áp Gm2= 25,4 x 476,5 x 181,8 x 180.10-6 = 396 (kg) III. TÍNH TOÁN DÂY QUẤN CAO ÁP Phía sơ cấp cần điều chỉnh điện áp ± 9 x 1,78% = 16% dây quấn sẽ gồm dây quấn cơ sở, dây quấn điều chỉnh thô và dây quấn điều chỉnh tinh. Điện áp đem đặt lên dây quấn cơ sở và dây quấn điều chỉnh thô. Dây quấn cơ sở khi nối tiếp với dây quấn điều chỉnh tinh cho điện áp thấp hơn điện áp định mức một nấc điều chỉnh. Điện áp trên dây điều chỉnh thô lớn hơn ở dây quấn điều chỉnh tinh một nấc điều chỉnh. 1. Điện áp dây của dây quấn điều chỉnh tinh Uê = )(352016.100 2200016. 100 1 VU == 2. Số vòng dây quấn điều chỉnh tinh wê = 58 35.3 3520 3 == v e U U vòng 3. Dây quấn điều chỉnh êm (tinh) chia làm 9 phần, có 9 nấc 1,78% U1 mỗi nấc có số vòng dây. Wê1 = 485,69 58 9 1 ==eW vòng 4. Cấu tạo 5 cấp, mỗi cấp 6 vòng và 4 cấp mỗi cấp 7 vòng Wê = 5 x 6 + 4 x 7 = 58 vòng 5. Điện áp dây của dây quấn điều chỉnh thô lớn hơn Uê một cấp điều chỉnh Wth = Wê + 7 = 58 + 7 = 65 vòng Uth = 3 .Wth.Uv = 3 .65 x 33 = 3946 (V) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 20 6. Điện áp trên dây quấn cơ sở cộng với điện áp điều chỉnh thô bằng U1, do vậy ta có điện áp dây quấn cơ sở Ucs = U1 – Uth = 22000 – 3946 = 18055 (V) 7. Số vòng dây quấn cơ sở: Wcs = 353 18055 3 xU U v cs = = 297,8 chọn 298 (vòng) 8. Số vòng dây quấn sơ cấp là W1 = Wth + Wcs = 65 + 298 = 363 (vòng) 9. Dòng điện sơ cấp định mức I1f = )(5,165 220003 6300 3 1 A U S == 10. Dòng điện khi điện áp lớn nhất: I’1f = 5,142 255203 6300 = x (A) 11. Dòng điện khi điện áp nhỏ nhất I’’1f = 5,197 184193 6300 = x (A) c¬ së D©y quÊn 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 363 369 376 382 389 395 402 408 415 422 25520 25156 24731 24367 23942 23578 23153 22789 22364 22000 18055 18419 18844 19208 19633 19997 20422 20786 21211 21575 298 304 311 317 324 330 337 343 350 3569 8 7 6 5 4 3 2 1 0 §iÖn ¸p U1, V1W Sè vßng chuyÓn m¹ch VÞ trÝ 6 7 6 7 6 7 6 7 6 6 7 6 7 6 7 6 7 6 2 9 8 7 6 5 4 3 1 §iÒu chØnh ªm 0 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 21 A. TIẾT DIỆN DÂY a. Dây quấn cơ sở 1. Chọn mật độ dòng điện δ1 = 1,6A /mm2 ta có δ1 = 5,1036,1 5,165 1 1 ==δ fI (mm2) 2. Tra bảng 44 -10 TL1 - Chọn hai dq song song : 2 x )6,15 1,4 155,3( xx cách điện 4P - Diện tích tiết diện: 2 x 3,5 x 15 = 105 mm2 góc dây được vẽ tròn δ1k = 103,2 mm2 3. Mật độ dòng điện thực tế δ1 = 6,12,103 5,165 = A/mm2 4. Mật độ dòng điện ở nấc điện áp cao nhất δ’1 = 38,12,103 5,142 = A/mm2 5. mật độ dòng điện ở nấc điện áp thấp nhất δ’’1 = 915,12,103 5,197 = A/mm2 b. Dây quấn điều chỉnh thô. 1. Chọn mật độ dòng điện : 1,6A/mm2 ứng với nấc điều chỉnh điện áp cao nhất ta có tiết diện dây δth = 896,1 5,142' ==δ I (mm2) 2. Tra bảng 44 -10 TL1 - Chọn hai dây quấn song song : 2 x 9,167,43 6,18,2 x x cách điện 6P - Diện tích tiết diện: 2 x 3,5 x 15 = 105 mm2 góc dây được vẽ tròn δ1k = 103,2 mm2 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 22 3. Tiết diện thực δth = 4,88 5,165 = 1,61 A/mm2 4. Mật độ dòng điện thực tế δth = 38,14,88 5,142 = A/mm2 c. Nấc điều chỉnh tinh -Dây quấn điều chỉnh tinh bằng đồng bởi các đầu nối ra nhiều. - Chọn mật độ dòng điện 3,6A/mm2. Có hai nhánh song song, tiết diện ca hai dây sẽ = 54,2A/mm2 1. Tra bảng 44 – 10 TL1 Kích thước dây quấn: 2 x 9,49,7 47 x x cách điện 6P 2. Mật độ dòng điện được tính lại δê = 63,22,54 5,142 = A/mm2 3. Mật độ dòng điện ở nấc thứ 9 (Ug = 215754) là δ9 = 13,3 2,54215753 6300 .3 == xU S eg δ A/mm2 4. Mật độ dòng điện ở mức điện áp thấp nhất là δ = 65,3 2,54 5,197'' 1 == e f S I A/mm2 B. BỐ TRÍ DÂY QUẤN I. Dây quấn cơ sở - Dây quấn sơ cấp có 298 vòng, chia làm 4 lớp , mỗi lớp 74,5 vòng. Dây cơ sở quấn liên tục, lớp 1 và lớp 3 là quấn phải còn lớp 2 và lớp 4 quấn trái, lớp đầu quấn trên căn dọc đặt trên ống cách điện lớp 2,3,4 đặt trên căn dọc. Các căn dọc đặt ngay trên các lớp đã quấn trước . Để giảm tổn hao ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 23 phụ, mỗi lớp khi quấn đến giữa phải hoán vị. Như vậy chiều cao dây quấn sẽ tăng thêm một vòng giữa các lớp có kênh làm mát rộng 9mm BỐ TRÍ DÂY QUẤN CAO ÁP 1. Chiều cao 1 lớp lv = (74,5 + 2) 15,6 = 1195 mm lót dây quấn: 11 mm 1206 mm ép dây quấn: i = 0,123.ni t = 0,13 x 7,6,5 x 0,6 = 6 mm Chiều cao thực: 1200mm 2. Chiều rộng 1 lớp dây quấn: a = 2 x 4,1 + 0,3 = 8,5 mm II. Dây quấn điều chỉnh thô - Dây quấn có 65 vòng quấn thành 1 lớp có hoán vị ở giữa bởi dây làm tăng chiều cao dây quấn thêm 1 vòng dây. Sau khi quấn dây điều chỉnh thô, dùng 20 tờ giấy dày 0,1mm bọc lại ra hai phía chừng 60mm. 1. Chiều cao lv = (65 +2 ) 16,9 = 1135 mm 0 D©y quÊn c¬ së th« §iÒu chØnh §iÒu chØnh ªm 58 v ßn g 58 v ßn g 74 ,5 65 v ßn g ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 24 Lót dây 23mm 1158 mm ép dây quấn: i = 0,13 x 67 x 0,9 = 8 mm Chiều cao dây quấn điều chỉnh thô Lv = 1158 – 8 = 1150 (mm) 2. Chiều rộng 1 lớp kể cả cách điện a = 2 x 3,7 + 0,1 = 7,5 (mm) III. Dây quấn điều chỉnh tinh Để dây quấn làm việc đối xứng ở mọi đầu điều chỉnh , ta chia dây quấn thành 2 phần nối song song với nhau. Mỗi phần quấn kiểu lò xo. Bắt đầu từ giữa lớp đặt trực tiếp lên lớp dây bọc của dây quấn điều chỉnh thô. 1. Chiều cao của dây quấn điều chỉnh tinh 0,5 lv = 2(58 + 1). 4,9 = 580 mm ép dây quấn : i = 0,13 x 2 x 59 x 0,9 = 14 m ống tạo khoảng cách ; 60 mm Vậy chiều cao dây quấn điều chính tinh: 626mm 2. Chiều rộng dây quấn: a = 7,9 + 0,1 = 8 mm KL: ta nhận thấy chiều cao của dây quấn hạ áp chỉ là 1160 mm trong khi đó chiều cao dây quấn cao áp là 1200 mm. Vậy để đảm bảo hai dây quấn có chiều cao bằng nhau thì ở cuộn hạ áp phải lót 40mm C. KHỐI LƯỢNG DÂY QUẤN CAO ÁP Có khối lượng dây quấn : G = 25,4 .ds.S.ω.10-6 (Kg) 1. Dây quấn cơ sở : Gcs = 25,4 x 643 x 103,2 x 298.10-6 = 502 Kg Với ds = 582 + 0,5 (704 – 582) = 643 (mm) 2. Dây quấn điều chỉnh thô Gth = 25,4 x 757,5 x 65 x 88,4 .10-6 = 110,5 (Kg) 3. Dây quấn điều chỉnh tinh : (bằng đồng) Gê = 3π x 777 x58 x 54,2 x 8,9 .10-6 = 204 (Kg) 4. Trọng lượng dây quấn sơ cấp ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 25 G1 = 502 + 110,5 + 204 = 816,5 (Kg) 5. Đường kính trong dây quấn cao áp D’ = 437 + 2 x 18 = 573 (mm) 6. Đường kính ngoài dây quấn cao áp D’’ = 573 + 4 x 8,5 + 3.9 = 638 (mm) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 26 φ 582 φ 599 φ 617 φ 652 φ 634 r i = 12 II I 2 87,7,5 19 8, 8,99 8,8,9 φ 554 φ 564 1 5 φ 532 φ 507 φ 489 12,9 φ 464 φ 446 9 12, φ 421 12,8 5 7, φ 405 φ 395 φ 380 H×nh 9. Bè trÝ d©y quÊn ë cöa sæ m¸y biÕn Δ 1Δ 2Δ 2 φ 735 φ 750 φ 765 φ 785 φ 769 φ 704 φ 725 φ 687 φ 669 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 27 d' 1 1' Δ ' 1 Δ ' 2 2' 2 d' 12 d' d' 23 hd d'3 3' Δ'3 Δ'5 5 5d d45 34d d4 4 3 3d d23 12 d d 2 2 1 1d W12 W Δ ' 12 Δ ' 23 Δ'h l' 1 12 l' l' 23 2 l' l'3 hl l5 4ll45 34l l3 2 l l 23 12 l1 l 4n n3 2 n n1 n' 1 2 n' n'3 Δ15 Δ34 Δ 23 Δ 12Δ4 Δ3 Δ 2 Δ1 H×nh 10. C¸ c kÝch th−íc d©y quÊn ë cña sæ m y¸ biÕn p¸ CHƯƠNG IV TÍNH TOÁN CÁC THAM SỐ KHÔNG TẢI, NGẮN MẠCH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 28 I. DÒNG ĐIỆN TỪ HOÁ. 1. Chiều dài đường sức từ trong trị Ht = lt + hs = 1,42 +0,385 = 1,805 (m) 2. Chiều dài đường sức từ trong gông: lS = 4 4 0 8 1 07 3 3 . , , ( ) T m= = Từ đường log từ hoá của lá thép P15 = 1,26 w/Kg tương ứng với BT = 1,65 ta có nit = 180A vòng/m Với Bg = 1,62 có nis = 75 A vòng/m 3. Ta có sức từ động Ft = nit . It = 180 .1,805 = 325 A vòng Fs = nis . Is = 75.1,07 = 80 A/vòng 4. Tính gần đúng việc tăng từ trở do từ thông qua khe hở không khí các góc mạch từ. Giả sử khe hở δ = 0,1mm, qua hai khe hở: Fs = 2.0,8 .Bt . δ = 2 . 0,8 .16500 . 0,1 .10-1 = 264 A – vòng 5. Sức từ động tổng mỗi pha là: F = Ft + Fs + Fs = 325 + 80 + 264 = 669 A – vòng 6. Dòng điện từ hoá: I1X = 2 1 2 669 1 303 363 , . F U W U = = (A) = 1,3 (A) iX = 1 1 1 3100 100 0 785 165 5 , . . , % , X f I I = = II. ĐIỆN TRỞ DÂY DẪN: 1. Các công thức tính điện trở : R = P l S với điện trở suất của nhôm 0 2 175 1 28 . . C mm mmρ −= Ω l: Chiều dài dây quấn, tính qua khối lượng l = 310 8 . G S γ : Khối lượng riêng của nhôm : γ = 2,7 Kg/dm3 Ta có CT : R = 2 3 2 2 1 1010 3 22 7 . . . . , G G S S ρ γ = (Ω) 2. Điện trở dây quấn cở sở : ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 29 RCS = 2 2 2 2 10 10 502 0 208 22 7 22 7 103 2 . . , ( ) , , . , G S = = Ω 3. Điện trở dây quấn điều chỉnh thô : Rth = 2 2 10 110 5 0 0623 22 7 884 4 , . , ( ) , , = Ω 4. Điện trở pha dây quấn sơ cấp: R1 = Rth = RCS = 0,2703 (Ω) 5. Điện trở dây quấn thứ cấp R2 = 2 2 10 396 0 053 22 7 181 8 . , ( ) , . , = Ω III. THÔNG SỐ NGẮN MẠCH: - Dây quấn CA: ΔPN1 = 3R1.I21f = 3. 0,02703 .165,52 = 22,2 KW - Dây quấn UA : ΔPAl2 = 3R2 . I22f = 3.0,053.333,32 = 17,7 KW 1. Tổn hao tăng theo tỷ lệ K = 1,4 là do gia công và do từ thông qua khe hở các góc của lõi thép. 2. Tổn hao phụ làm tăng tổn hao theo tỷ lệ K = 1,1 Tổng tổn hao ngắn mạch là: ΔPK = 1,1 (ΔPAl1 + ΔPAl2) = 1,1 (22,2 + 17,7) = 43,9 KW 43 9 100 0 7 6300 ' , . % , %KK P P S ΔΔ = = = IV.TÍNH TỔN HAO VÀ DÒNG ĐIÊN KHÔNG TẢI 1. Diện tích bậc thang toàn bộ tiết diện trụ (T42) TbT = 92.368+56.350+48.325 + 44 . 295 + 28 .270 + 18 .256 + 16 . 230 +24.195 = 1025,64 (cm2) 2. Diện tích tác dụng của trụ sắt (T42) Tt = Kd . Tbt Chọn kd = 0,965 TT = 0,965 . 1025,64 = 989,74 (cm2) 3. Diện tích tổng các bậc thang của gông : Tbg = 148 . 385 + 120 .325 + 54 . 250 = 1094,8 (cm2) 4. Diện tích tác dụng của gông : Tg = 0,965 . 1094,8 = 1056,5 (cm2) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 30 5. Trị số từ cảm trong trụ và gông : BT = 4 410 35 10 1 6 4 44 4 44 989 7 50 . . , ( ) , . . , . , . v T U T T s = = Bg = 435 10 1 5 4 44 1056 5 50 . , , . , . = Tra bảng 44-4.TL1 Có: PT = 1,145 . TL1 qT = 1,64.UA/Kg Pg = 0,92 (w/Kg) qg = 1,25 VAR/Kg 6. Tổn hao không tải tính theo công thức (20 – 45 TL1) P0 = kp (PT.G’t + Pg . Gg) = 1,1.(1,145 .3683,27+0,97.2413,5) = 7214,3(ω) ở đây lấy Kp = 1,1 là do G’t, Gg đã tính cả Gg. 7. Công suất từ hoá tính theo công thức (4-106 TL1) Q0 = Kb (qt . G’t + qg/.Gg + qδnm.St) Theo bảng 4-1a TL1: Kb = 2,2 nm = 7/3 Theo 4-9c,d TL1 có: Qss = 6578 B2t = 16839,68 UAR/m2 Q0 = 2,2(1,64 . 3683,27 + 1,25 . 2413,5 + 16839,68. 7 3 .963,5.104) = 17431,2 (UAR) 8. Thành phần phản kháng của dòng điện không tải: iox% = 0 17431 2 0 48 10 10 3600 , , . Q S = = 9. Thành phần tác dụng của dòng điện không tải ior % = 7214 3 0 2 10 10 3600 , , . oP S = = 10. Dòng điện không tải toàn phần. io % = 2 20 48 0 2 0 52, , ,+ = 11. Hiệu suất của MBA tải đm và cosϕ = 1 η = 33 3600 10 99 323600 10 7214 3 17431 2 . , % . , , =+ + ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 31 IV.TÍNH ĐIỆN KHÁNG TẢN Sử dụng công thức tính gần đúng (chính xác cho dây quấn hai lớp): X = ΩΔ Δ1Δ 8.10s)O3 2( vl .f218W −++ Dây quấn được bố trí ở cửa sổ máy biến áp theo hình 28 – 9. W1 = 363, W 21 = 131769, f = 50 Hz, lv = 120 cm. Δ = 2,5 cm; Δ2 = 0,5(532 – 421) = 55,5 mm; ds2 = 421 + 55,5 = 476,5 mm Δ1 = 0,5(756 – 582) = 91,5 mm; ds1 = 582 + 91,5 = 673,5 mm ds = 0,5(ds1 + ds2) = 0,5(673,5 + 476,5) = 575 mm. Os = πds = 3,14 x 575 = 1800 mm. Điền các số liệu trên vào biểu thức tính điện kháng tản ta có: X = Ω5,88.180.102,5 3 5,559,15 120 50 x51,31769.10 x 8 =−++ ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ Trong thực tế điện kháng tản nhỏ hơn chút ít, vì lúc tính chiều dày dây quấn sơ cấp ta đã tính gộp cả khe hở (23 mm) giữa dây quấn điều chỉnh thô và dây quấn cơ sở. Để tính toán chính xác hơn, ta có thể dùng công thức: X = 7,9π.W 21 .f.A.10-8, Ω A là hệ số bao gồm các thành phần riêng rẽ của từng dây quấn A = ΣAi + ΣA 'i + Ah Điện kháng tản tính cho đầu phân áp định mức, không xét đến dây quấn điểu chỉnh tinh, vì từ trường tản ở đây yếu và ít ảnh hưởng đến kết quả tính. Hệ số tản từ của từng lớp dây quấn và khe hở giữa các dây quấn được tính như sau: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 32 hl hdh∆ hA )]4n3n2n1(n 1W 12)4n3n2n1(n2 1W 1 [1 53l 5d5∆ 5A 2)4n3n2n1(n2 1W 1 45l 45d45∆ 45A )]4n3n2n1)(n3n2n1(n 2)3n2n1(n 2)4n3n2n1[(n2 1W 1 43l 4d4∆ 4A 2)3n2n1(n2 1W 1 34l 34d34∆ 34A )]3n2n1)(n2n1(n 2)2n1(n 2)3n2n1[(n2 1W 1 33l 3d3∆ 3A 2 1W 2n1n 23l 23d23∆ 23A ]1)n2n1[n 2 1n 2)2n1[(n2 1W 1 23l 2d2∆ 2A 2 1W 1n 12l 12d12∆ 12A 2 1W 2 1n. 13l 1d1∆ 1A = ++++++++= +++⋅= ++++++ ++++++⋅= ++⋅= ++++++++= += ++++= = = ⎟⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎜ ⎝ ⎛ ⎟⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎜ ⎝ ⎛ Đối với dây quấn thứ cấp: 2) 2W ' 1n( ' 13l ' 1d ' 1∆' 1A = 2) 2W ' 1n( ' 12l ' 12d ' 12∆' 12A = ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 33 )]'2n ' 1(n 2W 12)'2n ' 1(n2 2W 1[1 ' 33l ' 3d ' 3∆' 3A 2)'2n ' 1(n2 2W 1 ' 23l ' 23d ' 23∆' 23A ]''1)).n ' 2n ' 1(n '2 1n 2)'2n ' 1[(n2 2W 1 ' 23l ' 2d ' 2∆' 2A ++++= += ++++= Các ký hiệu xem ở hình 28 – 10. di, d 'i , dh - đường kính trung bình của dây quấn tính bằng cm. d12, d23, d '12 , d '23 …..- đường kính trung bình của khe hở, cm. li, l 'i , lh – chiều cao trung bình của dây quấn, cm. n1, n2…n '1 , n '2 …số vòng dây quấn của từng lớp. W1 số vòng dây, dây quấn sơ cấp (w1 = 363) W2 số vòng dây, dây quấn thứ cấp (W2 = 180) ∆1, ∆2… Chiều rộng từng lớp dây quấn, cm ∆12, ∆23…. ∆’12, ∆’12… chiều rộng khe hở giữa các lớp. Từ hình 28-9 có thể tính ra các số liệu, theo cm: Đối với dây quấn sơ cấp ∆1 = 0,75 ∆2 = 0,85 ∆3 = 0,85 ∆4 = 0,85 ∆5 = 0,85 ∆12 = 2,3 ∆23 = 0,9 ∆34 = 0,9 ∆45 = 0,9 l1 = 115 l2 = 120 l3 = 120 l4 = 120 l5 = 120 l12 = 117,5 l23 = 120 l34 = 120 l45 = 120 lh = 120 d1 = 75,75 d2 = 69,55 d3 = 66,05 d4 = 62,55 d5 = 59,05 d12 = 72,7 d23 = 67,8 d34 = 64,3 d45 = 60,8 dh = 55,7 n1 = 65 n2 = 74,5 n3 = 74,5 n4 = 74,5 n5 = 74,5 h = 2,5. Đối với dây quấn thứ cấp: ∆’1 = 1,25 ∆’2 = 1,25 ∆’3 = 1,25 ∆’12 = 0,9 ∆’23 = 0,9 d'1 = 43,25 d'2 = 47,65 d'3 = 51,95 d'12 = 45,5 d'23 = 49,8 l’1 = 120 l’2 = 120 l’3 = 120 l’12 = 120 l’23 = 120 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 34 n’1 = 60 n’2 = 60 n’3 = 60. Sau khi điền các thông số trên vào công thức tính hệ số tản từ, ta được: A1 = 0,74 x 75,75 ( 65 )2 = 0,00532 3 x 115 363 A12 = 2,3 x 72,7 ( 65 )2 = 0,0458 117,5 363 A2 = 0,85 x 69,55 1 [(65 + 74,5)2 + 652 + (65 + 74,5) 65 = 0,0407 3 x 120 3632 A23 = 0,9 x 67,8 ( 65 + 74,5 )2 = 0,0753 120 363 A3 = 0,85 x 66,05 1 )2 = [(65 + 74,5 + 74,5)2 + (65 + 74,5)2 3 x 120 3632 + (65 + 74,5)(65 + 74,5 + 74,5) = 0,167 A34 = 0,9 x 64,3 1 (65 +74,5 + 74,5 + 74,5)2 = 0,167 120 3632 0,21374,5)]74,574,574,5)(6574,5(65 274,5)74,5(65274,5)74,574,5[(65 2363 1 x120 3 62,55 x 0,85 4A =+++++ +++++++= 0,33674,5)]74,574,5(65 363 1 274,5)74,574,5(65 363 1[1 2363 1 3x120 0,85x59,05 5A 0,287274,5)74,574,5(65 2363 1 120 0,9x60,8 45A =++++ ++++= =+++= 1,16 120 55,72,5 hA = += . ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 35 Đối với dây quấn thứ cấp ta cũng tính tương tự: 0,166260)(60 2180 1 120 9x49,8, 23A 0,12960)60(60260260)(60 2180 1 3x120 1,25x47,65, 2A 0,038 2 180 60 120 0,9x45,5' 12A 0,0167 2 180 60 3x120 1,25x43,35' 1A =+= =++++= == == ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ 0,38060)](60 180 1260)(60 2180 1 [1 120 x 3 51,95 x 1,25' 3A =++++= Hệ số tản từ tổng cộng: A = A1 + A12 + A2 + A23 + A3 + A34 + A4 + A45 + A5 + + A '1 + A '12 + A '2 + A '23 + A '3 + Ah A = 2,8694. Điện kháng tản sẽ là: X = 7,9 x 3,14 x 3632 x 50 x 2,8694.10-8 = 4,7 Ω Thành phần phản kháng của điện áp, ngắn mạch: uL = 6,14%22000 34,7x165,5100 1fU lX.I == CHƯƠNG V TÍNH TOÁN CUỐI CÙNG VỀ HỆ THỐNG MẠCH TỪ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 36 - Lõi thép 3 pha, 3 trụ, lá thép xen kẽ (tệp 2 lá) bằng thép cán lạnh 3406 dày 0,35mm, có 4 mối ghép nghiêng ở 4 góc. Trụ thép bằng đai thuỷ tinh, không có tấm sắt đệm. 1. Chiều cao trụ: φ380 386367341 310 283269241205 326 302 286 268 240 196 148 92 326 268 148 60 29 385325 30 37,5 30 37,5 250 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 37 Lt = 1200 + 2.100 = 1400 mm Chọn theo chiều cao tiêu chuẩn: lt = 1420 (mm) 2. Khoảng cách hai tấm trụ: T = D + C + 2(e + Δ1 + Δ2 + Δ) = 800(cm) Như ở hình bố trí dây quấn ở cửa sổ. 3. Trụ lõi thép có 8 bậc, gông có 3 bậc như ở hình vẽ. 4. Diện tích tiết diện trụ: St = 0,85. 238 4 .π = 963,5 (cm2) 5. Diện tích gông: Sg = 1.03.963,5 = 992,4 (cm2) 6. Thể tích trụ: Ut = 3.96.3,5.142 = 410451(cm2) 7. Thể tích phần gông: Ug = 2.992,4 .160 = 317568 (cm2) 8. Thể tích phần góc: Ua = 2. 963,5 . 38,5 = 74189,5 9. Khối lượng trụ: (cả phần vát) G’t = 7,6(410,451 + 74,1895) = 3683,27 (Kg) 10. Khối lượng gông : Gg = 7,6.317,568 = 2413,5 (Kg) 11. Khối lượng toàn bộ lõi thép: G = 6096,8 (Kg) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 38 1980 360 2100 800 800 380 420 385 1420 385 H×nh 8. KÝch th−íc m¹ch tõ CHƯƠNG VI TÍNH TOÁN NHIỆT MÁY BIẾN ÁP ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 39 I. 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. 1. Từ dây quấn hay lõi sắt ra một cuộn ngoài tiếp xúc với dầu bằng truyền dẫn 2. Quá độ từ mặt ngoài dây quấn hay lõi sắt vào dầu 3. Từ dầu ở mặt ngoài dây quấn hay lõi sắt truyền tới mặt trong thùng dầu đối lưu. 4. Quá độ truyền từ dầu vào trong vách thùng dầu. 5. 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 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 suy nhiệt độ, kết quả là so với môi trường không khí xung quanh thì các bộ phận trong MBA có nhiệt độ chênh nào. Trị số dòng nhiệt càng liệt càng lớn thì nhiệt độ chêng càng lớn θ0 Nhịêt 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 đảm bảo toả nhiệt tốt, nghĩa là làm sao cho nhiệt độ dây quấn lõi sắt và dầu không quá mức quy định. + Kiểm tra nhiệt độ chệnh của dây quấn, lõi sắt và dầu đối với không khí. 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 nhịêt này cũng còn liên quan tới việc thiết kế thùng dầu và các bộ phận tản nhiệt khác. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 40 II.TÍNH GẦN ĐÚNG VỀ NHIỆT. Công suất trên đơn vị diện tích bề mặt của dây quấn: ΔPc = .p'c21 2 σ .s. W. ρ kf, W/m2 Trong đó: ρ - điện trở suất của dây quấn (với nhôm ρ = 28 1 Ω.mm2/m W – số vòng dây s – tiết diện dây dẫn, mm2 σ - mật độ dòng điện, A/mm2 lc – chiều cao dây quấn p’ = 0,8 – tỉ lệ tính đến không phẳng bề mặt. kf – hệ số tổn hao phụ, kf = 1,1 Tăng nhiệt bề mặt của dây dẫn: ATc = s cP α Δ ở đây αs = 80 W/m2.oC là hệ số truyền nhiệt đối ưu với máy biến áp dầu tự nhiên. Tăng nhiệt của dây quấn thứ cấp: Co9,4 80 750 2∆T ,2750W/m1,1 ,828x2x1,2x0 2,85560x181,8x1 c∆P == == Tăng nhiệt dây quấn cơ sở: Co9,75 80 780" 1T ,2525W/m1,1 ,828x2x1,2x0 2x1,9174,5x103,2 cP == == Δ Δ Dây quấn điều chỉnh tinh có điều kiện làm mát tốt hơn, chọn αs = 100 W/m2.oC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 41 Co12 100 1182 1T ,21182W/m1,1 0,58 x 45 23,13 x 54,2 x 58 cP == == Δ Δ III. 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, 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. 1. Chọn loại thùng dầu cho MBA S = 6300 kVA. Ta chọn loại thùng có những cánh tản nhiệt bằng tôn bố trí vuông góc với vỏ thùng. 2. Chọn kích thước tối thiểu bên trong của thùng a. Đây là MBA ba pha cấp điện áp 22/6,3kV Nên chiều rộng của thùng là : B = D’’2+ S1+ S2+ d1 + S3+ S4+ d2 Trong đó: + D’’2 = 63,8 đường kính ngoài của dây quấn CA + S1 = 3,2 (cm): khoảng cách dây dẫn ra đến vách thùng của cuộn CA. + S2 = 3,2 (cm): khoảng cách dây dẫn ra của dây quấn CA đến bộ phận nối đất. + S3 = 2,5 (cm): khoảng cách dây dẫn ra của dây quấn HA đến mặt dây quấn đến bộ phận nối đất. + S4 = 5,0 (cm): khoảng cách từ dây quấn HA đến vách thùng. + d1: dây dẫn ra của dây quấn HA ta chọn bề mặt nằm ngang với 4 sợi chập song song nên d1 = 4,7 = 28 mm = 0,6 cm. + d2: khoảng cách dây dẫn ra của cuộn CA, d2 = 2,5 Như vậy B = 63,8 + 3,2 + 2,5 + 5 + 0,6 + 2,5 + 3,2 = 80,8 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 42 b. Chiều dài tối thiểu của thùng. A = 2.C + D’’2 + 2.S5 S5 : là khoảng cách giữa dây quấn CA và HA S5 = S3 + d2+ S4 = 2,5 + 2,5 + 5 = 10 C = 42,3 cm D’’ = 63,8 cm Thay số vào ta được. A = 2 . 42,3 + 63,8 + 2 .10 = 168,4 c. Chiều cao của thùng H = H1+ H2 H1: là chiều dài từ thùng đến hết chiều cao lõi sắt H1 = LT + 2 hG + n Lt = 142 cm N = 5 chiều dày tấm lót dưới gông dưới hG rrG G bnb T .. TG = 1056,5 ; bG = 38,5 (cm) bG –nr .br = 38,5 – 2.0,8 = 36,9 hG = 63,289,36 5,1056 = (cm) Vậy: H1 = 142 + 2 . 28,63 + 5 = 204,26 (cm) H2: là khoảng cách tối thiểu từ gông đến nắp thùng ta chọn H2 = 60 + 204,26 = 264,26 (cm) 3. Sơ bộ tính diện tích bề mặt bức xạ đối lưu của thùng a. Diện tích bề mặt bức xạ Đối với thùng có đáy ô van Mbx = Mfôv.K.10-4 Trong đó: Mfôv = [2.(A-B) +π.B].H là diện tích thùng thẳng đáy ô van ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 43 Mfôv = [ 2(168,4 -80,8) + 3,14 .80,8 ] .46,8 = 20094,5 (cm2) Ta chọn K = 1,2: hệ số ảnh hưởng hình đáy mặt ngoài thùng Vậy Mbx = 20094,5 + 2,46 .1,2.10-4 ≈2,1 m2 b. bề mặt đối lưu của thùng, căn cứ vào tổng tổn hao, vào nhiệt độ chênh lệch giữa vách thùng và môi trường xung quanh ta xác định bề mặt đối lưu của theo công thức sau: M’dl = bxMtk p .12,1 .5,2 .05,1 −Σθ (m 2) Trong đó: Σp = 7214,3 + 43,9 .103 = 11604,3 (W) θtk: là nhiệt độ chênh của 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: θdk = 600C - θ0dtb = 600 – 23, 980 = 33,020 Do đó nhiệt độ chênh của thùng đối với không khí được tính như sau: θtk = θdk - θdk = 36,02 – 3 = 33,020C Ta kiểm tra điều kiện σ.(θdl + θtk) ≤ 500C σ.θdk ≤ 500C với σ = 1,2 1,2.36,02 = 43,2240C < 500C Như vậy sơ bộ ta tính được θtk = 33,020C Thay các số liệu vào công thức trên ta được M’dl= 869,121,202,33.5,2 3,11604.05,1 =− = 12,869 (m2) Đây là tính sơ bộ bề mặt đối lưu c. Thiết kế thùng dầu ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 44 Căn cứ vào bề mặt bức xạ và đối lưu của thùng vừa tính sơ bộ ở trên để thiết kế sơ bộ thùng dầu và kích thước thùng dầu, hình dáng thùng. Sau đó với thùng đã thiết kế cụ thể tính toán lại bề mặt bức xạ đối lưu của nó để kiểm tra lại MBA có đạt tiêu chuẩn nhiệt độ chênh cho phép hay không, Nếu không thì ta sẽ phải điều chỉnh lại bề mặt tản nhiệt cho phù hợp. Với máy công suất S = 6300 kVA như đề tài thiết kế thì ta dùng tản nhiệt ống, các ống đực hàn vào vỏ thùng , lưu thông dầu cho cân bằng nhiệt độ giữa phía trên và phía dưới thùng dầu. Đường kính ống là 30 mm, bước ống 75 mm, chiều cao ống là 210 cm. IV. XÁC ĐỊNH SƠ BỘ TRỌNG LƯỢNG RUỘT, VỎ. Việc xác định tính tóan 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 cho tiết MBA. Nhưng với những tính toán ở trên cũng 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. 1. Trọng lượng ruột máy ( phần tác dụng) tức là toàn bộ lõi sắt có các dây quâná và dây dẫn ra trừ nắp máy. Có thể xác định gần đúng như sau. Gr = 1,2 (Gdq + GFe + ΣGdr) Trong đó : Hệ số 1,2 : là hệ số kể đến trọng lượng ruột máy được tăng thêm do cách điện. Gdq = GCu = 297,88 (Kg) là trọng lượng dây quấn 816,5 + 396 = 1212,5 GFe 6096,8 (Kg) : là trọng lượng lõi sắt ΣGdr = 4,177 (Kg):là tổng trọng lượng dây dẫn ra ở HA và CA. Thay số ta được Gr = 1,2 (1212,5 + 6096,8 + 4,177) = 8776,2 (kg) 2. Trọng lượng dầu: -Thể tích dầu trong thùng: Vd = Vt – Vr (dm3) Trong đó: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 45 Vt: Thể tích bên trong thùng dầu phẳng, sơ bộ ta tính Vt = A.B.H = 168,4 .80,8 .264,26 .10-3 = 3695,7 Vr: thể tích ruột máy Vr= r rG γ γrAl = 2,7 Kg/dm3 Vậy Vr = 44,32507,2 2,8776 = (dm3) Do đó Vd = 3695,7 – 3250,44 = 445,27 (dm3) Vậy thể tích dầu toàn bộ trong MBA là Vd = 445,27 (dm3) 3. Trọng lượng thùng a. Thể tích trong thùng (không tính bề dày) Vtt = A.B.H = 168,4 . 80,8.264,26 .10-3 = 3595,7 (dm3) b. Thể tích ngoài thùng (kể đến bề dày) Vnt = A’n .B’n. H’n Trong đó A’n = A + 2 = 168,4 +2 = 170,4 (cm) B’n= B +2 = 80,8 + 2 = 82,8 (cm) H’n = H +2 = 264,26 + 2 = 266,26 (cm) Thay số ta được Vnt = 170,4. 82,8.266,26.10-3 = 3756,69. Vậy thể tích phần có thêm bề dày là. Vth = Vnt – Vtt = 1138 – 1080 = 57 (dm3) 3756,69 – 3595,7 = 16 Trọng lượng thùng là Gth = Vth.γ Trong đó: γ = 7,85 (Kg/dm3) Thay số ta được Gth = 57 . 7,85 = 447,45 (Kg) 161 . 7,85 = 1263,85 (Kg) c. Trọng lượng dầu: Gd= 1,05.[0,9(Vt - Vr)] Trong đó Vt: Thể tích bên trong thùng dầu phẳng ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 46 Vr: Thể tích ruột máy Vr = γ rG γ = 4,5 : Tỷ trọng trung bình của ruột máy Gr = 1,2 (Gdd + Gre) = 8776,2 Kg Gd= 1,05[0,9(3695,7 – 1950,27)] = 1649,4 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 47 PHẦN II : CHUYÊN ĐỀ ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP PHẦN II: CHUYÊN ĐỀ ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP 1. Khái niệm chung: Hầu hết thiết bị tiêu thụ điện - động cơ, bóng đèn điện được sản xuất với điện áp xác định. Sử dụng không đúng điện áp sẽ làm cho thiết bị mau hư hỏng (khi điện áp lớn hơn định mức) hoặc làm giảm công suất của thiết bị (khi điện áp nhỏ hơn định mức). Vì vậy việc cung cấp điện cần phải giữ điện áp bằng điện áp định mức hoặc nói chính xác hơn điện áp không được sai khác giá trị định mức trong phạm vi cho trước. Điện áp đặt vào sơ cấp máy biến áp thường hay dao động, một phần do phụ tải của máy biến áp thay đổi, hoặc phụ tải của máy biến áp cùng nối vào lưới điện đó thay đổi điện áp từ đầu đường dây. Khi điện áp sơ cấp của máy biến áp không đổi, điện áp đặt lên thiết bị vẫn khác điện áp định mức do điện áp rơi trong máy biến áp và trên đường dây. Như vậy, muốn giữ điện áp trên thiết bị dùng điện thay đổi trong phạm vi hẹp, cần điều chỉnh điện áp. Phương pháp thường dùng nhất là thay đổi tỉ số biến đổi của máy biến áp. Về mặt lý thuyết thì tốt nhất là thay đổi số vòng dây cả dây quấn sơ cấp và thứ cấp, thay đổi số vòng dây phía sơ cấp khi có thay đổi điện áp sơ cấp (theo nguyên tắc giữ cho từ thông không đổi) thay đổi số vòng dây thứ cấp để bù lại điện áp rơi trên đường dây từ máy biến áp đến thiết bị và cả điện áp rơi trong máy biến áp. Cách giải quyết này khá tốn kém, vì vậy thường chỉ thay đổi số vòng dây phía nào có điện áp thay đổi nhiều hơn. Khi điện áp bị giảm, thay đổi đầu phân áp mà giữ nguyên công suất cung cấp cho thiết bị dùng điện, sẽ làm tăng dòng điện. Dây quấn và chuyển mạch để thay đổi đầu phân áp phải chọn ứng với dòng điện lớn nhất trong phạm vi điều chỉnh. Thông thường những máy biến áp đến 110KV, đầu phân áp thường đặt phía cao áp, điện áp lớn hơn đặt phân áp phía hạ áp. Thí dụ ứng với máy biến áp 220/110kV thường đặt đầu phân áp ở phía 110kV. Máy biến áp thay đổi điện áp khi đang mai tải thường gọi là máy biến áp điều chỉnh (hoặc là máy biến áp điều chỉnh điện áp dưới tải) phạm vị điều chỉnh ĐỒ Á điện truyề 2. Th 9.1, số vò theo 17.1 thôn (1-2, ngượ chiều Sơ đ đối x 3. M rộng N TỐT N áp của m n trong trạ ay đổi tỉ s Phạm vi 9.2, 9.3) H ng dây m chiều trục b c,d là s g dụng nh 2-3, 3-1) c chiều. S và nối so ồ hình 17 ứng chiều áy biến áp Máy biế , phụ thuộ GHIỆP áy biến áp ng thái kh ố biến đổi điều chỉnh ình 17.1 tr áy biến áp không đố ự mất đối ất, các nấc . ở sơ đồ h ơ đồ ở hìn ng song v .1e được d trục. điều chỉn n áp điều c yêu cầu loại này ông có điệ trong trạn điện áp k ình bày m không đi i xứng lớ xứng theo điện áp sẽ ình 17.1c h 17.1d dâ ới nhau, s ùng khi cô h: chỉnh điện của lưới đi thường lớ n áp. g thái khô hông điện ột số sơ đ ện. Sơ đồ n nhất, vì chiều trục tương ứn Phần trên y quấn gồ ơ đồ này ng suất m áp dưới ện. n hơn má ng có điện thường tr ồ các đầu p ở hình 17 vậy khôn như nhau g với việc và phần d m hai nửa được dùng áy biến áp tải thường y biến áp áp (không ong khoản hân áp và .1a ta có s g được sử . Sơ đồ ở nối các cặ ưới dây q bằng nha khi dòng lớn, sẽ g có phạm thay đổi t điện) g ± 5% (b cách thay ố ampe. V dụng. ở h hình 17.1 p đầu phâ uấn phải q u, quấn ng điện khá iảm được vi điều ch ỉ số ảng đổi òng ình b là n áp uấn ược lớn. mất ỉnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 49 Xét trường hợp điện áp sơ cấp phía cao áp thay đổi trong phạm vi từ U1max đến U1min. Để đảm bảo cho điện áp thứ cấp U2 có sự thay đổi trong phạm vi từ 0 đến ΔU2, sức điện động phía thứ cấp phải thay đổi từ U2 (lúc không tải) đến U2 + ΔU2 (lúc tải định mức). Khi đó, tỉ số biến đổi điện áp sẽ thay đổi trong phạm vi. kmax = 22 * min1 min 2 * max1 ; UU Uk U U Δ+= Dựa vào kmaxkmin để tính cho máy biến áp có điện áp phía thứ cấp giữ giá trị định mức (lúc không tải) bằng giá trị trung bình của cực đại và cực tiểu ta có: U2đm = U2 + 22 1 UΔ Điện áp sơ cấp sẽ nằm trong giới hạn U1max = kmax.U2đm đến U1min = kmin.U2min. Điện áp định mức phía sơ cấp, bằng giá trị trung bình: U1đm = 22 minmax 2 min1max1 kkUUU dm +=+ Phạm vi điều chỉnh điện áp: ± U2đm 2 minmax kk − Hiệu số thay đổi điện áp: U1max – U1min = U2dm(kmax - kmin) 4. Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh điện áp Phần dây quấn, nhờ các đầu phân áp và chuyển mạch nối hoặc không nối với dây quấn làm việc gọi là dây quấn điều chỉnh. Các hệ thống điều chỉnh thường gặp được mô tả trên hình 17.2. Sơ đồ ở hình 17.2a dây quấn điều chỉnh được nối thuận với dây quấn làm việc, khoảng điều chỉnh (1-11). ở hình17.2b dây quấn điều chỉnh với dây quân làm việc (dây quấn cơ bản) tương ứng với hai nửa khoảng điều chỉnh cs hai phầ: AB - điều chỉnh tĩnh và CD - điều chỉnh thô, số vòng dây quấn CD thường lớn hơn dây ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 50 quấn ở AB bằng một nấc điều chỉnh tĩnh. Sơ đồ ở hình 172c, để giữ điện áp thứ cấp không đổi khí điện áp phía sơ cấp giảm, ta di chuyển vị trí tiếp xúc của chuyển mạch W từ vị trí 1 đến 2, 3,…6. Tiếp tục chuyển vị trí của P từ I sang vị trí số II, lúc đó vị trí của chuyển mạch W sang nấc 7, 8… Khi máy biến áp làm việc ở nấc điều chỉnh thấp nhất mà vẫn giữ nguyên công suất truyền, tổn hao trong dây quấn sơ cấp sẽ tăng so với lúc điện áp sơ cấp bằng định mức. Xét trường hợp như ở hình 17.2a và c. Giả sử điện áp sơ cấp giảm đi ΔU1, dòng điện phía sơ cấp sẽ là: I1 = I1đm 1 1 1 dm dm U U U−Δ Điện trở dây quấn ứng với nấc giảm điện áp tỉ lệ với số vòng dây (hoặc điện áp): R1 = R1đm 1 1 1 dm dm dm U U U −Δ R1đm điện trở tương ứng với đầu phân áp của điện áp định mức. Tổn hao ở dây quấn sơ cấp là: ΔP1 = I21đmR1đm 1 1 1 dm dm U U U−Δ = I 2 1R1đm 1 1 1 1 dm U U Δ− Δ Tương tự cho trường hợp điện áp phía sơ cấp tăng lên U1đm + Δ U1, tương ứng tổn hao là I21đmR1đm 1 1 1 1 dm U U Δ− Thí dụ phạm vi điều chỉnh ± 12%, tỏn ha ở đầu phân áp +12% là 0,895, ở đầu -12% là 1,135 (I21đmR1đm). Sơ đồ ở hình 17.2c ,có khác đôi chút. Khi điện áp nhỏ hơn định mức, dây quấn điều chỉnh nối ngược, lúc đó điện trở dây quấn vẫn tăng so với lúc điện áp sơ cấp là định mức. Điện áp sơ cấp giảm đi một lượng bằng ΔU1, điện trở dây quấn sơ cấp là R1đm(U1đm + ΔU1)/U1đm, trong khi I1 gióng như tính ở công thức, ta có: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 51 ΔP1 = I21đmR1đm 1 121 1 1 1 12 1 1 1 1 1 1 ( ) ( ) dmdm dm dm dm dm dm U UU U U I R U U U U ⎛ ⎞Δ+⎜ ⎟+ Δ ⎝ ⎠=−Δ ⎛ ⎞Δ−⎜ ⎟⎝ ⎠ So sánh với trường hợp nấc điện áp thấp nhất (cùng công suất và cùng phạm vi điều chỉnh) giữa sơ đồ điều chỉnh b) và sơ đồ điều chỉnh a hoặc c, ta có: 1 1 1 11 1 1 1. ( ) ( ) b dm a c dm U P U UP U Δ+Δ = ΔΔ − Xét trường hợp phạm vi điều chỉnh ± 12% thì ở nấc điều chỉnh – 12% có: (ΔP1)b = 1,445I21đmR1đm; 1 1 1 27 , ( ) , ( ) b a c P P Δ =Δ Sơ đồ điều chỉnh ở hình có tổn hao ở dây quấn sơ cấp lớn hơn so với sơ đồ. Tóm lại, nếu công suất truyền tải không đổi, khí điện áp lưới cung cấp giảm nhỏ hơn điện áp định mức sẽ làm tăng tổn hao ở dây quấn có điều chỉnh. Phạm vi thay đổi điện áp càng lớn, càng làm tăng tổn hao công suất. Do đó phải qui định chỉ được giữ nguyên công suất truyền tải đén một điện áp nào đó (nhỏ hơn điện áp định mức). Dưới điện áp qui định đó, chỉ giữ được dòng điện không đổi – tức là giảm công suất tỷ lệ với độ giảm điện áp. Thí dụ phạm vi điều chỉnh ±16% cho phép giữ nguyên công suất truyền tải của máy biến áp trong phạm vi + 16 đến -10% (Sđm), nhỏ hơn giá trị kể trên chỉ giữ dòng điện không đổi. Như vậy ở đầu phân áp -16% máy biến áp chỉ truyền công suất Sđm()1-0,16(1-0,1) = 0,93Sđm. ĐỒ Á 5. Ph T chỉnh có th tám chỉnh N TỐT N ương pháp ính toán và tăng s ể nối với vòng độc điện áp. GHIỆP thiết kế d dây quấn ố cấp điều dây quấn lập (1-1’; ây quấn đ điều chỉnh chỉnh thì cơ bản ho 2-2’,…) m iều chỉnh. phụ thuộ dùng sơ đ ặc tách rờ ỗi mạch c vào sơ ồ ở hình tr i khỏi dây vòng tươn đồ chọn, ên. Dây qu quấn cơ g ứng với phạm vi ấn điều ch bản tạo th một cấp điều ỉnh ành điều ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 53 Cách nối thực hiện sao cho điện áp giữa hai vòng dây kề nhau không vượt quá điện áp của hai nấc điều chỉnh. Nếu nối tự nhiên theo thứ tự kề nhau thì điện áp giữa hai vòng kề nhau a và b bằng điện áp nấc điều chỉnh. Giả sử điện áp định mức là 30kV (nối sao) phạm vi điều chỉnh mỗi điều chỉnh có điện áp (30000 3 ).0,02 = 346 V. Khi nối theo thứ tự tự nhiên các dây quấn kề nhau, điện áp hai vòng kề a và b là 7 . 346 = 2422V. Trong khi nối theo sơ đồ điện áp hai lớp đó là 2 . 346 = 692V. Khi thí nghiệm bằng phương pháp điện áp cảm ứng (gấp đôi) điện áp hai vòng dây này còn cao hơn nữa. Phương pháp điều chỉnh đòi hỏi sử dụng dây quấn điều chỉnh độc lập quấn dọc theo chiều cao trụ. Đặt đầu điều chỉnh giữa dây quấn cơ bản khi chiều dòng điện ngược lại (chuyển mạch sang vị trí II) làm cho phân bố từ trường phức tạp, tăng từ trường tàn phụ, tăng tổn hao phụ và tăng lực ngắn mạch dọc trục. Phương pháp điều chỉnh theo sơ đồ ở hình cho phép dùng cả hai loại dây quấn điều chỉnh, khi phạm vi điều chỉnh rộng thì sử dụng dây quấn điều chỉnh độc lập. Một trong các kiểu dây quấn độc lập gồm hai phần AB và CD. Sử dụng loại dây quấn điều chỉnh quấn dọc chiều cao trụ làm giảm lực điện động khi ngắn mạch. Tuy nhiên dây quấn dàn thành lớp mỏng, cách điện vòng dây tăng (hình17.4b) làm giảm an toàn chịu lực ngắn mạch. Vì vậy dây quấn điều chỉnh phải được chế tạo thân trọng, bên ngoài có cách điện giữ chặt dây quấn để không biến dạng. Phạm vi điều chỉnh máy biến áp điều chỉnh dưới tải khá rộng, từ ± 10% đến ±20%, có khi còn lớn hơn. Điện áp mỗi nấc phụ thuộc vào phạm vi điều chỉnh và có số nấc của chuyển mạch, thường là từ 1 đến 2% điện áp định mức, ở máy biến áp công suất lớn, điện áp mỗi nấc còn nhỏ hơn. Xét sơ đồ sử dụng cho điều chỉnh điện áp dưới tải ở thời điểm chuyển mạh đang làm việc ở đầu phân áp 6. Trong thời gian đó dây quấn điều chỉnh có thể bị tách rời không nối với dây quấn cơ bản được xác định bởi điện dung C1 và C2 .Khi dây quấn điều chỉnh lại được chuyển mạch P nối vào dây quấn chỉnh có chênh điện áp ở tiếp điểm của P gây phóng điện. Phóng điện ở đây không phải lúc nào cũng làm hỏng máy biến áp nhưng gây ra tiếng nổ và tia lửa ĐỒ Á điện một dây dung quấn Cũng dung N TỐT N . Muốn kh điện trở lớ quấn điều giữa dây bé, khôn có thể dù giữa dây GHIỆP ử hiện tượ n (hình 1 chỉnh và quấn điều g tạo ra ti ng màn c quấn điều ng phóng 7.5). Nếu dây quấn đ chỉnh tinh a lửa khi hắn sắt ph chỉnh và d điện này, c sử dụng s iều chỉnh và điều c chuyển m ía ngoài d ây quấn c ó thể nối ơ đồ ở hìn thô rất hẹ hỉnh thô l ạch P làm ây quấn đ hỉnh. dây quấn đ h 17.5 tạ p, làm nh ớn, điện á việc ở th iều chỉnh, iều chỉnh o khe hở g ư vậy thì p giữa hai ời điểm t làm tăng qua iữa điện dây rên. điện ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 55 6. Nguyên tắc điều chỉnh điện áp khi có tải. Khi điều chỉnh điện áp dưới tải, các tiếp điểm của chuyển mạch không được nối ngắn mạch các vòng, đồng thời cũng không được phép hở mạch. Người ta dùng hệ thống tiếp điểm kép, nối điện trở (hoặc kháng) giữa cặp tiếp điểm, để trong thời gian chuyển từ tiếp điểm, để trong thời gian chuyển từ tiếp điểm này qua tiếp điểm kê bên có thể hạn chế dòng điện ngắn mạch. Hình17.8 Mô tả từng bước khi điều chỉnh xuống đầu phân áp thấp hơn của chuyển mạch kiểu điện trở. Để đơn giản ta giả thiết dây quấn điều chỉnh nằm phía thứ cấp. Trong thực tế các đầu điều chỉnh thường nằm phía điểm trung tính chứ không đặt ở đầu cực dây quấn. Điện trở R chọn sao cho điện áp rơi trên điện trở trong quá trình chuyển mạch làm việc tương ứng với dòng điện định mức (U’ = Iđm.R, trong đó U’ là điệ áp một nấc điều chỉnh). ở đồ thị vectơ trên hình … tại vị trí d, dòng điện ở hai điện trở R khác nhau. Bỏ qua điện trở dây quấn, giả thiết máy biến áp đang mang tải với dòng điện định mức, ta có : - ở nhánh a : I’ = 1 2 Iđm + Icb - ở nhánh b: I’’ = 1 2 Iđm - Icb Dòng điện cân bằg Icb = U’/2R cùng pha với điện áp U’ bằng Iđm/2. Đò thị vectơ ở hình … cho thấy sự dao động điện áp trong một chu trình chuyển nấc phân áp. Loại chuyển mạch dùng điện trở có điện áp thay đổi lớn nhất nếu cosϕ = 1. Hình 17.8 mô tả điều chỉnh điện áp khi dùng chuyển mạch kiểu kháng điện. ở vị trí c và e cuộn kháng có điện kháng bình thường. ở vị trí làm việc a và f, dòng điện qua hai nửa cuộn kháng ngược chiều, điện kháng của kháng cùng với điện trở khá nhỏ có thể bỏ qua. ở vị trí này, dòng điện ở mỗi nhánh của vòng ngắn mạch (n và m) được mô tả chi tiết ở hình 17.8 dòng điện cân bằng là dòng từ hoá của kháng điện nối với điện áp mọt nấc điều chỉh. Bỏ qua điện trở dây quấn và tổn hao lõi thép của kháng điện, dòng điện này là dòng phản kháng. Dòng điện từ đầu phân áp 2 và 3 chảy đến k, khi bỏ qua trở kháng ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 56 phần dây quấn giữa hai đầu phân áp sẽ bằng 1 2 Iđm (phụ tải định mức). Dòng điện qua nhánh n và m là: I’ = 1 2 Iđm + I’’ = 1 2 Iđm - Icb Kháng điện thường thiết kế sao cho dòng điện từ hoá Iμ = Icb = 1 2 Iđm (0,5 ÷ 0,6Iđm). Với thiết kế như vậy một trong hai giá trị I’ hoặc I’’ bằng Iđm (trường hợp này I’ = Iđm). ở hình … chọn dòng điện cân bằng khi phụ tải có cosϕ = 0,8 sao cho I’ = Iđm. Điện áp rơi do dòng điện cân bằng trên hai nửa của kháng điện bằng nhau về trị số nhưng lệch pha góc 1800 (ngược chiều nhau), bằng nửa điện áp một nấc điện kháng tương ứng của kháng điện là: Xmn = ' cb U I , U’ là điện áp một nấc phân áp. Điện kháng nửa dây quấn (nk hoặc mk) ở vị trí như trên hình … là: Xnk = Xmk = 1 4 Xmn = 1 4 . ' cb U I (tỷ lệ với bình phương số vòng dây)ư Nếu khán được thiết kế ứng với Icb = 0,5Iđm thì Xmn = 2 ' dm U I ; Xnk = 1 2 ' . dm U I . Điện áp rơi khi phụ tải là định mức trên kháng Xnk là 0,5 U’. Khi cuộn kháng thiết kế ứng với Icb> 0,5Iđm điện áp rơi IđmXnk < 0,5U’ và ngược lại, nếu Icb < 0,5 Iđm thì điện áp rơi IđmXnk > 0,5U’. Giả thiết điện áp phía sơ cấp không thay đổi, sơ cấp không có dây quấn điều chỉnh, theo đồ thị vecto (hình …), bỏ qua điện trở của cuộn kháng, ta đi đến kết luận: khi dùng chuyển mạch kiểu cuọn kháng, điện áp rơi trên chuyển mạch sẽ càng lớn nếu cosϕ càng gần tới 0. Đồ thị vecto trên hình… và … sẽ ứng với I = Iđm. So sánh hai trường hợp có cùng dòng điện phụ tải và dòng cân bằng, phụ tải có thể thay đổi, dòng cân bằng vẫn không đổi. Ta có kết luận: 1. Cuộn kháng được thiết kế ứng với dòng điện phụ tải lâu dài. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 57 2. Điện áp đặt lên dây quấn của kháng điện (hình …) gấp đoi điện áp một nấc điều chỉnh. Cuộn kháng sẽ được thiết kế ứng với điện áp 2U’. 3. Loại chuyển mạch dùng điện trở không thiết kế điện trở thường xuyên mang dòng điện, vì vậy phụ tải nhiệt tính ứng với khoảng thời gian chuyển nấc. Thời gian chuyển nấc càng nhỏ, kích thước điện trở càng bé. Để đề phòng khả năng chuyển mạch không đến đúng vị trí (do hư hỏng phần cơ), người ta đặt thêm bộ nguồn một chiều (pin) báo tín hiệu chỉ vị trí của chuyển mạch, đồng thời báo điện trở của chuyển mạch hết thời gian mang dòng điện. Trong khoảng thời gian chuyển mạch làm việc, sự dao động điện áp khó phát hiện. Về việc dập tắt tia lửa hồ quang xuất hiện ở tiếp điểm chuyển mạch, loại dùng điện trở nhanh dập tắt hơn loại dùng cuộn kháng. Nhược điểm loại dùng điện trở là thiết bị phức tạp. Khi đươc chế tạo cẩn thận, chuyển mạch kiểu điện trở làm việc khá tin cậy. Chuyển mạch kiểu điện trở thường chế tạo ứng với 20 đến 100 lần làm việc trong một ngày ở điện áp 220kV. Dây quấn có số vòng dây thay đổi thường nối sao. Phần dây quấn điều chỉnh thường đặt kề điểm trung tính như vậy cho phép chế tạo các bộ chuyển mạch ba pha điện áp cao giữa các phần của chuyển mạch là điện áp thấp. Nối sao và đặt nấc điều chỉnh gần đầu cực hoặc giữa bối dây chỉ trong các trường hợp cá biệt, như khi cần điều chỉnh riêng từng pha máy biến áp tự ngẫu. Khi phía điện áp cao thường xuyên nối đất, chuyển mạch được nối phía điểm trung tính, các điện chuyển mạch nhỏ hơn nhiều so với điện áp định mức, khi đó dễ dàng chế tạo chuyển mạch cho điện thế dưới tải ở điện áp cao (tới 500 kV). ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỒ Á N TỐT NGHIỆP ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 60 7 Điều chỉnh liên tục. Điều chỉnh điện áp liên tục có thể dùng điều chỉnh cảm ứng (hình 17-10). Bản chất máy điều chỉnh là động cơ không đồng bộ rôto dây quấn, rôto không quay mà được chỉnh quay tới vị trí lệch đi góc α. Dây quấn rôto nối bằng dây cáp ra ngoài. Nhược điểm là làm lệch góc pha với lưới. Để khắc phục người ta có thể dùng hai máy cảm ứng, mỗi máy cảm ứng sẽ chịu điện áp bằng một nửa (hình 17-11), tiện lợi là mômen quay của hai phần cân bằng và lực ngắn mạch không có tác dụng làm quay rôto vì cũng bị triệt tiêu. Máy được chế tạo 2 cực. Hãng Koch và Sterzel chế tạo loại điều chỉnh điện áp liên tục bằng máy biến áp có chuyển dịch (hình 17-12), gồm phần trụ cố định K, ở đó đặt dây quấn thứ cấp V2, Dọc trụ K ghép gông J trên đó đặt hai phần của dây quấn sơ cấp V1 và V’1, nối ngược cực nhau, sinh ra hai từ thông φ1 và φ’1 ngược pha nhau. Hình 17-12 Trên hình 17-12a, V1 và V2 có cùng từ thông móc vòng, giả sử ở vị trí này điện áp thứ cấp tăng. ở hình 17-12b, dây quấn V2 có từ thông φ1 và φ’1 ngược chiều, móc vòng nên ở V2 không cảm ứng sức điện động, ở hình17-12c chỉ có từ thông φ’1 và V’1 móc vòng với V2, cảm ứng ở đây sức từ động ngược chiều. Nếu di chuyển J đến các vị trí bất kỳ, xuất hiện ở V2 sức điện động do φ1- φ’1, có thể thực hiện việc thay đổi điện áp liên tục. Trong hệ thống máy biến áp có công suất lớn, người ta sử dụng máy biến áp tự ngẫu điều chỉnh điện áp, có thể điều chỉnh trực tiếp hay gián tiếp. Hình 17- 13 dẫn ra sơ đồ về điều chỉnh điện áp trực tiếp. Đơn giản nhất là điều chỉnh có điểm chung ở giửa dây quấn sơ cấp và thứ cấp như ở hình 17-13a. Phương pháp này được dùng khi tỉ số biến đổi k từ 3 trở lên. Khi tỉ số biến đổi k nhỏ hơn 3, sơ đồ này không kinh tế, do có biến đổi lớn từ thông ở kõi thép. Khi ký hiệu β là tỉ số biến đổi từ thông, U1 - điện áp sơ cấp ; U2 - điện áp thứ cấp, ta có : min2max1 max2min1 UU UU − −=β Sơ đồ hay được dùng nhiều là các sơ đồ ở hình 17-13b,c,d. ở đây điện áp được điều chỉnh phía hạ áp giữa dây quấn nối tiếp và song song. Ưu việt hơn là theo ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 61 sơ đồ ở hình 17-13c, dây quấn điều chỉnh nối trực tiếp với dây quấn nối tiếp và song song. Hình 17-13d cần dùng chuyển mạch và công tắc đảo chiều, cấp thay đổi điện áp sẽ gấp đôi lần số đầu phân áp. Hình 17-13b,d có đầu dây quấn điều chỉnh không được nối cố định. Hình 17-13e thực tế chỉ sử dụng cho điện áp đến 200 KV, vì ở điện áp cao, điện áp xung sẽ rất nguy hiểm đến bộ phận chuyển mạch. Hơn nữa các tiếp điểm ở điện áp cao, cần làm khoảng cách lớn, vì vậy chuyển mạch sẽ không còn kinh tế. Hình 17-13 Dây quân điều chỉnh có thể đặt ở những vị trí tuỳ ý, nhưng nếu quan tâm đến cách điện thì tốt nhất nên đặt sao cho điện áp cực đại đầu ra tương ứng với đường kính lớn nhất của dây quấn (hình 17-14). Làm nhơ vậy có nhược điểm là sự thay đổi điện áp ngắn mạch khá lớn, điện kháng tản ( từ thông tản ) ở dây quấn điều chỉnh sẽ lớn, dẫn đến tổn hao phụ và lực ngắn mạch lớn. Ngoài ra, đưa dây dẫn từ dây quấn điều chỉnh cũng khó khăn. Hình 17-15 và 17-16 chỉ ra phương án khắc phục sự thay đổi lớn của điện áp ngắn mạch. Hình 17-15 dây quấn điều chỉnh đặt sát trụ thường cạnh dây quấn nối đất, chỉ có khó khăn trong việc đưa đầu dây ra, từ trường tản sẽ nhỏ. Hình 17-16 và 17-18 hay được áp dụng cho máy biến áp công suất lớn. Dây điều chỉnh đặt ngoài cùng, kề bên dây quấn nối tiếp. Nhược điểm ở đây là dây quấn điều chỉnh đặt gần điện cao áp, tuy vậy bố trí như thế rất tiện vì đơn giản nên tăng cường được an toàn cho máy . ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 62 u s rp u 2 1 p s r 1 u u2 Hình 17-14 Hình 17-15 Nếu dây quấn nối tiếp có dây dẫn vào giữa, thì phân dây quấn điều chỉnh ra hai phần bằng nhau (hình17-17) đảm bảo về chịu lực điện từ. Chỉ cần chú ý cách điện dây dẫn ra và dây quấn điều chỉnh ở cạnh ra của dây quấn nối tiếp. Hình 17-18 cho sơ đồ điều chỉnh điện áp gián tiếp, thông qua một máy biến áp phụ trợ. Máy biến áp chính không có dây quấn điều chỉnh, giảm được khoảng cách cách điện, giảm vật liệu cách điện. Phương pháp này chỉ chiếm kinh tế sử dụng với công suất lớn, trên 1000 MVA và điện áp 4000/230 kv. Tương tự, kiểu điều chỉnh gián tiếp được điều chỉnh trên dây quấn đặt trên máy biến áp chính . Thuận lợi ở đây là cả dây quấn điều chỉnh và thiết bị điều chỉnh đều tiếp với điện áp thấp. R sp u u1 2 1 u r s p r sp u11 Hình 17-16 Hình 17-17 Hình 17-18 Điều chỉnh gián tiếp làm trọng lượng máy biến chính giảm, riêng bộ phận điều chỉnh có thể tách riêng, tiện lợi cho vận chuyển . Có điều không lợi là tổng trọng lượng thiết bị tăng hơn so với loại điều chỉnh trực tiếp . nhìn chung vật liệu tăng từ 25÷ 332%. Tất cả các kiểu điều chỉnh điện áp vừa xét là điều chỉnh dọc , phần điện áp điều chỉnh (pha) được cộng hoặc trừ đại số so với điện áp pha. ở các nhà máy điện, còn cần thiết phải nối liên thông với mạng điện trong mọi trường hợp của góc lệch pha. Nừu nối bằng máy biến áp điều chỉnh pha (ngang), ta có thể vừa điều chỉnh điện áp vừa điều chỉnh góc pha để tiện phân bổ phụ tải. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 63 KẾT LUẬN Thiết kế MBA là một ngành có quá trình tồn tại và phát triển đã lâu, từ khi xuất hiện ngành chế tạo máy điện tới nayđã có nhiều sự cải tiến kỹ thuật đẻ nâng cao hiệu quả sử dụng máy điện nói chung và MBA nói riêng. Bài viết của em được hoàn thành bằng những kiến thức lý thuyết là chủ yếu, nên còn nhiều thiếu sót và hạn chế về kiến thức thực tế trong quá trình vận hành và sử dụng MBA. Nên em rất mong các thầy cô xem xét và có những ý kiến đóng góp bổ ích cho em trước khi tốt nghiệp ra trường, giúp em củng cố kiến thức để bước vào công việc cụ thể sau khi ra trường được tôt nhất. Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn : PHẠM VĂN BÌNH đã tận tình giúp đỡ em trong thời gian làm đồ án để em hoàn thành tốt bài thiết kế tốt nghiệp này. Các tài liệu tham khảo của một số tác giả dưới đây là nguồn lý thuyết quan trọng giúp em hiểu để thực hiện tốt đồ án tốt nghiệp này Sinh viên thực hiện Trần Công Thanh