Đồ án Thiết kế máy biến áp

thể tích từ trường có không đổi bằng: W== Trong trường hợp này, Li= chỉ từ trường móc vòng bởi dòng điện i và L là từ cảm của cuộn dây. Nếu thiết bị điện từ có hai hoặc nhiều mạch điện có hỗ cảm điện từ thì năng lượng điện từ của hai mạch điện có hỗ cảm bằng W12= Tất cả các phương trình cân bằng điện áp của các loại máy điện được biểu thị theo định luật Krirhôff bằng một phương trình ma trận có dạng trong đó: u-vectơ điện áp có các thành phần bằng các điện áp đặt vào các mạch điện tương ứng với các dây quấn của mạch điện. i- là vectơ dòng điện có các thành phần dòng điện chạy trong các mạch điện z- là ma trận tổng trở Mômen điện từ sinh ra trong máy điện sẽ bằng M=k trong đó : - vectơ từ thông móc vòng có các thành phần bằng từ thông do các dây quấn sinh ra  CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN CÁC KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU CỦA MÁY BIẾN ÁP 2.1. CÁC SỐ LIỆU BAN ĐẤU Công suất định mức: S= 7500 KVA Điện áp định mức : = 35/22 KV, đấu Y/Y Tần số : f=50Hz Tổn hao không tải : Po=8000 W Tổn hao ngắn mạch : Pn=42000W Dòng điện không tải : io=0,7% Điện áp ngắn mạch : un=7,5% Kiểu máy: Đặt ngoài trời , làm việc liên tục, làm lạnh bằng dầu 2.2. TÍNH CÁC ĐẠI LƯỢNG CƠ BẢN Dựa vào nhiệm vụ thiết kế trước hết xác định các đại lượng cơ sau đây + Công suất một pha của máy biến áp + Công suất một trụ trong đó t là số trụ tác dụng t=3, m là số pha của máy biến áp m=3 pha, S công suất định mức của máy biến áp + Dòng điện dây định mức - Dòng điện dây phía cao áp - Dòng điện dây phía hạ áp + Dòng điện pha định mức - Phía cao áp - Phía hạ áp + Điện áp pha định mức - Điện áp pha định mức phia cao áp, phía cao áp nối tam giác ta có - Điện áp pha định mức phía hạ áp, phía hạ áp nối sao ta có + Điện áp thử dây quấn: theo phụ lục VIII trang 653 TKMĐ Để xác định khoảng cách cách điện giữa các dây quấn, các phần dẫn điện khác và các bộ phận nối đất của máy biến áp cần phải biết các trị số điện áp thử của chúng. Dựa theo cấp điện áp của dây quấn chọn điện áp thử tương ứng - Điện áp thử dây quấn cao áp Ut1=80 (KV) - Điện áp thử dây quấn hạ áp Ut2=50(KV) + Các thành phần điện áp ngắn mạch - Thành phần tác dụng của điện áp ngắn mạch Pn : tổn hao ngắn mạch (W) S : dung lượng máy biến áp (kVA) Thay số vào ta được - Thành phần phản kháng của điện áp ngắn mạch 2.3. THIẾT KẾ SƠ BỘ LỖI SẮT VÀ TÍNH TOÁN CÁC KÍCH THƯỚC CHỦ yÕu CỦA MÁY BIẾN ÁP 2.3.1. Thiết kế sơ bộ lõi sắt Từ yêu cầu của nhiệm vụ thiết kế máy biến áp mạch từ không gian. Lõi sắt của máy biến áp gồm hai bộ phận chính, trụ và gông. Lõi sắt là phần mạch từ của máy biến áp do đó thiết kế nó cần phải làm sao cho tổn hao chính cũng như tổn hao phụ nhỏ, dòng điện không tải nhỏ, trọng lượng tôn silic ít và hệ số điền đầy của lõi sắt cao. Mặt khác lõi sắt còn làm khung mà trên đó để nhiều bộ phận quan trọng của máy biến áp như dây quấn, giá đỡ dây dẫn ra. Hơn nữa, lõi sắt có thể chịu những lực cơ học lớn khi dây quấn bị ngắn mạch. Vì vậy yêu cầu thứ hai của lõi sắt là phải bền và ổn định về cơ khí. Trụ được làm từ lá thép kỹ thuật điện ghép lại thành hình bậc thang vì vậy lá thép dùng để làm trụ gồm nhiều thếp có kích thước khác nhau. Số bậc thang của trụ càng nhiều thì tiết diện trụ càng gần tròn, nhưng số tập lá thép càng nhiều, nghĩa là số lượng các lá tôn có kích thước khác nhau càng nhiều làm cho quá trình chế tạo lắp ráp lõi thép càng phức tạp Để đảm bảo được đường kính tiêu chuẩn, kích thước lá thép từng tệp trong trụ và số bậc của trụ cũng được tiêu chuẩn hóa. Ép trụ có rất nhiều cách, tùy theo công suất và đường kính trụ máy biến áp. Để giảm tổn hao trong mạch từ và đảm bảo cho mạch từ chắc chắn và lực ép phân bố đều trên lõi thép ta dùng băng vải thủy tinh. l o l o a 12 d 12 d a 22 a o1 a 2 a 1 l C Gông là phần mạch từ dùng để khép kín mạch từ với máy biến áp mạch từ không gian gông được làm bằng thép cuộn quấn lại. Khi chế tạo gông ta dùng một miếng lót để tạo lỗ tương ứng với phần giữa trụ để cố định trụ và gông với nhau 2.3.2. Tính toán lựa chọn phương án: Hình 2-1 d: đường kính trụ sắt l: chiều cao dây quấn d12: đường kính trung bình giữa hai dây quấn hay của rảnh dầu giữa hai dây quấn Trong tính toán thiết kế máy biến áp các kích thước cơ bản trên được xác định thì hình dáng, thể tích và các kích thước khác cũng được xác định. Trong thiết kế máy biến áp thường dùng trị số để chỉ quan hệ giữa đường kính trung bình của các dây quấn với chiều cao l của dây quấn gọi là tỷ số kích thước cơ bản Trị số này biến thiên trong khoảng rộng 1,0 đến 3,6 và ảnh hưởng rất lớn tới đặt tính kỹ thuật và kinh tế của máy biến áp Chọn các số liệu xuất phát và tính các kích thước chủ yếu Các số liệu xuất phát được chọn theo điện áp thử của các cuộn dây cao áp và hạ áp tra bảng ta có: - là chiều rộng rãnh dầu giữa cuộn cao áp và cuộn hạ áp ta chọn theo điện áp thử của cuộn cao áp theo bảng T654 -TKMĐ ta có: - là bề dày lớp cách điện ở giữa rãnh dầu, dùng ống cách điện bakelit là một kích thước dài phụ thuộc vào công suất máy biến áp, gần đúng có thể xem S:Dung lượng trên 1 trụ máy biến áp k là một hệ số tra bảng 13-1 trang 456 tài liệu TKMĐ, chọn k=0,47 - Chiều rộng qui đổi từ trường tản - Hệ số qui đổi từ trường tản:qui đổi từ trường tản thực tế về từ trường tản lý tưởng hệ số này thay đổi rất ít trong tính toán sơ bộ ta chọn 2.3.2.2. Chọn vật liệu Chọn thép cán nguội đẳng hướng mã hiệu 3404 dày 0,35(mm),lá tôn phủ 1 lớp sơn ,chọn hệ số ép chặt kc=0,93 với mật độ từ thông trụ =(1,55-1,65)T chọn , hệ số là tỷ số giữa tiết diện gông và tiết diện trụ. Máy thiết kế là máy ngâm dầu,không tấm ép ứng với Sp=7500KVA tra bảng trang 457TKMĐta có đường kính trụ sơ bộ d=38cm ,hệ số lấp đầy kd=0,913 ,số bậccủa trụ là 9 ,nên hệ số lợi dụng lõi sắt là kl=kc .kd =0,93.0,913=0,849 .Tra bảng trang 666 ta được hệ số gông là kg=Sg/ST=1063,4/1035,8=1,022 .mật độ từ cảm trong gông Mật độ từ thông trong khe hở không khí . Suất tổn hao sắt trong trụ và gông: tra bảng V14 trang 617 tài liệu TKMĐ ta có: tra bảng ta có với , ,. Dùng phương pháp nội suy ta có: yt=+ >(W/kg) Suất từ hóa q của tôn cán lạnh 3404 tra bảng tr617 , tra bảng với , dùng phương pháp nội suy ta có: yt=y1+ 2.3.2.3. Các khoảng cách cách điện chính Dựa vào điện áp thử của cuộn cao áp và cuộn hạ áp tra bảng XIV-1 để tra ra khoảng cách cách điện, ta có: - Khoảng cách cuộn hạ áp đến gông l01=l02=75mm - Khoảng cách cuộn hạ áp đến trụ: ;;d01=23mm;l01=45mm - Giữa dây quấn cao áp và gông - Ống cách điện giữa dây quấn cao áp và hạ áp -Giữa cuộn CA và cuộn HA - Giữa các dây quấn cao áp - Tấm chắn giữa các pha(giữa hai cuộn cao áp) a22=30mm; - Phần đầu thừa của ống cách điện 2.3.2.5. Tính các hệ số a. Hệ số lợi dung lõi thép: kld=kc.kđ, kđ= trong đó Tt(hay Tg) là tiết thuần thép hay tiết diện tác dụng của trụ hay gông, Tg là tiết diện tác dụng toàn bộ hình bậc thang của trụ hay gông tra ở bảng ta có kđ=0,913, kc= chọn kc=0,93, trong đó Tb là tiết diện hình bậc thang đã kể đến các chi tiết chiếm chỗ như đệm cách điện đai ép lỗ bắt gông. Từ Sp ta tra ra được a=1,4; b=0,26;=0,81;;ta thiết kế dạng máy với gông hình thang nhiều bậc nên có e= 0,411;chọn =1,5 A= A1=5,663.10-2.a.A3kld= A2=3,6.10-2A2.kld.lo=(kg) B1=2,4.10-2kg.kld.A3(a+b+e) =(kg) B2 = 2,4.10-2.kg.kld.A2(a12+a22)=(kg) 3637(kg) -Kn= -M=0,2453.10k=0,2453.1019,353=18,85 Mpa B= -Tỷ lệ giữa giá đồng PBV và thép 3404 là kFeCu=2,21 -C= -D= -Ta có đẳng thức : x+ Bx-Cx-D= x+ 0,158x-0,52x-3,339 =0 Khi thì hàm trên đạt cực tiểu tại -Ứng với mật độ dòng điện Jvà lực điện động cho phép , tìm ra khoảng cách hạn chế của Có x x -Trọng lượng tôn silíc ở các góc của gông ; Gg=0,493.10..1,022.0,849.10.34,04.x= 168,7x - 2.3.2.6. Tiết diện trụ: sơ bộ tính theo công thức 772,25x2 2.3.2.7. Tiết diện khe hở không khí: mối nối thẳng Tk=Tt=772,25x2, 2.3.2.8. Tổn hao không tải: xác định theo công thức , pg=1,262(W/kg) 2.3.2.9. Công suất từ hóa: theo công thức 20-45 trang 203 tài liệu 2 ta có Q=k Qc= Qf=40q Q lấy k Q=k=2,448G+2,125G+97,9G+295,3X 1.3 1.4 1.5 1.6 1.06779 1.087757 1.106682 1.124683 1.140175 1.183216 1.224745 1.264911 1.217468 1.287052 1.355403 1.422624 2486.444 2440.802 2399.063 2360.665 232.9467 224.473 216.8615 209.9752 2719.391 2665.275 2615.925 2570.64 2070.913 2189.275 2305.541 2419.883 156.8197 162.7395 168.4514 173.9759 2227.733 2352.015 2473.992 2593.859 4947.123 5017.29 5089.917 5164.5 205.3869 217.1257 228.6565 239.9967 8113.852 8218.46 8327.488 8440.063 31835.07 33128.63 34408.15 35674.08 4.244676 4.417151 4.587754 4.756544 3189.861 3073.826 2969.598 2875.301 5295.17 5102.551 4929.532 4773 11702.32 11276.64 10894.27 10548.33 16649.45 16293.93 15984.18 15712.83 2.106983 2.146384 2.183726 2.219245 22.94927 24.26093 25.54935 26.81646 36.34757 37.02725 37.67146 38.28421 50.8866 51.83815 52.74004 53.59789 122.9107 116.2656 110.4025 105.1859 5.154086 5.250464 5.341812 5.428701 61.74069 62.78861 63.78185 64.72659 2.3.2.11. Dòng điện không tải - Dòng điện không tải tác dụng ior=% - Dòng điện không tải phản kháng i0x=% - Dòng điện không tải toàn phần io =% Vẽ đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa GFe=f():  Đồ thị biểu diển mối quan hệ : Po=f() Đồ thị biểu diễn mối quan hệ io=f() Đồ thị biểu diễn mối quan hệ Ct’=f() 2.3.2.12. Lựa chọn phương án Theo bảng đã tính và đồ thị đã vẽ thì các đại lượng được quan tâm theo , GFe, Gdq, po, io, Ctd’=f().Từ đồ thị ta chọn được để Ctd’ tác dụng đạt min Vậy ta chọn Từ đó suy ra đường kính trụ sắt lõi thép: =38,28(cm) d12=1,4.38,28=53,59cm - Chiều cao cuộn dây l=1,05(m) -Tiết diện lõi sắt:S T=772,25x2=976,8cm2 -Chiều cao trụ lõi sắt lT=l+2lo=105+2.7,5=120cm -Khoảng cách giữa các trụ lõi sắt C=64,73cm CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN DÂY QUẤN MÁY BIẾN ÁP 3.1. CÁC YÊU CẦU CHUNG ĐỐI VỚI DÂY QUẤN Yêu cầu chung về dây quấn có thể chia thành hai loại yêu cầu sau đây: yêu cầu về vận hành và yêu cầu về chế tạo. 3.1.1. Yêu cầu về vận hành Có thể chia thành yêu cầu về mặt điện và mặt cơ a) Về mặt điện Khi vận hành dây quấn máy biến áp có điện áp, do đó cách điện của máy biến áp phải tốt, nghĩa là phải chịu được điện áp làm việc bình thường và quá điện áp do đóng cắt mạch trong lưới điện hay do quá điện áp thiên nhiên gây nên. Quá điện áp do đóng cắt với điện áp làm việc bình thường, thường chủ yếu là đối với cách điện chính của máy biến áp, tức là cách điện giữa các dây quấn với nhau và giữa dây quấn với vỏ máy. Còn quá điện áp do sét đánh lên đường dây thường ảnh hưởng cách điện dọc của máy biến áp. Tức là giữa các vòng dây, lớp dây hay giữa các bánh dây của từng dây quấn. b) Về mặt 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) Về mặt chịu nhiệt Khi vận hành bình thường cũng như trong trường hợp ngắn mạch, trong một thời gian nhất định, dây quấn không được nóng quá nhiệt độ cho phép. Vì lúc đó chất cách điện sẽ bị nóng qúa mà chóng hư hỏng hoặc bị già hóa làm cho nó mất tính đàn hồi, hóa giòn và mất tính chất cách điện. Vì vậy khi thiết kế phải đảm bảo sao cho tuổi thọ của chất cách điện đạt từ 15 đến 20 năm. 3.1.2. Yêu cầu về chế tạo Yêu cầu sao cho kết cấu đơn giản, tốn ít nguyên liệu và nhân công, thời gian chế tạo ngắn và giá thành hạ nhưng vẫn đảm bảo được các yêu cầu về mặt vận hành. 3.2. THIẾT KẾ DÂY QUẤN HẠ ÁP 3.2.1. Lựa chọn kết cấu dây quấn hạ áp Việc lựa chọn kết cấu dây quấn kiểu nào là phải tùy thuộc vào yêu cầu về vận hành và chế tạo trong nhiệm vụ thiết kế. Những yêu cầu chính là: đảm bảo độ bền về mặt điện, cơ, nhiệt, đồng thời chế tạo đơn giản và rẻ tiền. Chủ yếu phụ thuộc vào những đại lượng điện của chúng : dòng điện tải trên một trụ It, công suất trên trụ S’ , điện áp định mức và tiết diện ngang một vòng dây s. Trước hết ta phải xác định tiết diện của mỗi vòng dây của dây quấn hạ áp theo biểu thức: (3-1) : mật độ dòng điện trung bình trong dây quấn được xác định theo biểu thức: = Trong đó uv là điện áp của một vòng dây được xác định theo công thức: uv=4,44.f.St.Bt.10-4=4,44.50.976,8.1,62.10-4 =35,13(V) -Trọng lượng sắtGFe=5164kg ,trọng lượng đồng GCu=4773kg -mật độ dòng điện j=2,2192A/mm2,ứng suất dây quấn cho phép làcp=26,82 Mpa, Tổn hao không tải Po=8440,1W Ta có số vòng dây của một pha dây quấn hạ áp w2==361,5(vòng) ta chọn w2 là 362vòng Tính lại điện áp của một vòng dây uv==35,08(V) ==2,3(A/mm2) Tiết diện sơ bộ vòng dây: s2’==85,54(mm2) Theo bảng 38 tài liệu 1 với S=7500(KVA), It=196,83(A), U=22(KV), , chọn dây quấn hình ống, dây dẫn hình chữ nhật, s2’=84,82(mm2)với a=5,1mm;b=16,8mm. Với dây quấn hình ống kép hai lớp quấn nối tiếp với nhau. Quấn lớp trong từ trên xuống dưới sau đó quấn lớp ngoài quấn ngược từ dưới lên. Như vậy đầu dây lớp trong và đuôi dây lớp ngoài có điện áp bằng điện áp pha dây quấn. Giữa hai lớp dây quấn có rãnh dầu làm mát dày 6 (mm)Dây quấn đứng 3.2.2. Tính toán dây quấn hạ áp -Số vòng dây của 1 lớp: l2=lv2(wl2+1)+(0,5-1,5).(cm) à105=0,51(wl2+1)+1àwl2=203 - Chiều cao hướng trục mỗi vòng dây: kể cả cách điện, sơ bộ có thể tính hv2==0,515 (cm) Số vòng dây được tăng thêm 1là vì muốn quấn thành ống phải chuyển sang vòng sau đó mới quấn được tuy mới được một vòng nhưng chiều cao phải được tăng thêm 1 vòng ở chỗ chuyển vòng Căn cứ vào hv2 và s2’ ta chọn dây dẫn, theo bảng 44-10 tài liệu 2 ta chọn kích thứơc dây dẫn cuộn hạ áp như sau: - Mật độ dòng điện thực của sây quấn ==2,32(A/mm2) -Số lớp dây:n=362/203=1,78 vây ta quấn thành 2lớp, mỗi lớp có 181vòng - Chiều cao tính toán của dây quấn hạ áp l2=hv2(w22+1)+(0,005-0,015)(m) l2=lv2(w22+1)+(0,005-0,015).103 =0,51(181+1).+1 =94(cm) trị số 0,005-0,015 m là chiều cao tăng lên kể đến việc quấn không chặt lấy bằng 7,6 mm: a 01 D'' 2 D' 2 d b b' h a 21 a 2 a a' Hình 3-1: Dùng để xác định kích thước của dây quấn hạ áp - Bề dày của dây quấn hạ áp: đối với dây quấn hình ống kép ta có a2=(4.a’+3a22)=(4.16,1+3.5)= 79,4(mm), trong đó a’ bề dày một lớp kể cả cách điện a22 là bề rộng rãnh dầu ở giữa hai lớp: - Đường kình trong của dây quấn hạ áp D2’=d+2.a01=38,28+2.0,23=38,74 (cm) - Đường kính ngoài của dây quấn hạ áp D2’’=D2’+2.a2=38,74+2.0,794=40,328 (cm) - Bề mặt làm lạnh của dây quấn hạ áp: theo cộng thức 3-17 M2=n.t.k.(D2’+D2’’)l2 trong đó n là số rãnh dầu dọc trục của dây quấn hạ áp: n=1, k=0,75 là hệ số kể đến sự che khuất bề mặt dây quấn do que nêm và các chi tiết cách điện khác --> M2=1.3.0,75. (0,3874+0,40328).0,94=5,254 (m2) -Trọng lượng của dây quấn hạ áp: tính theo công thức 4-4a trang 103 tài liệu 1 =>GCu2=1763,3(kg), theo bảng 24 tài liệu 1 cần phải tăng trọng lượng dây dẫn do cách điện lên 2% nên trọng lượng của dây dẫn là Gdd2=1,02 .GCu2=1,02.1763,3=1798,55 (kg) 3.2.3. Bố trí dây quấn hạ áp Dây quấn hạ áp được quấn thành bốn lớp. Vì dây quấn hạ áp làm bằng dây dẫn hình chữ nhật nên để quấn được dây dọc theo đường tròn trụ ta bố trí 12 căn dọc bằng gỗ. Kích thước của căn dọc cụ thể như sau 4x20x454 mm . Căn dọc được đặt trên lớp cách điện dày 1 mm quấn quanh trụ . Quấn xong lớp thứ nhất ta lại đặt 12 căn dọc với kích thước 6x20x 454 mm để làm rãnh dầu dọc trục làm mát dây quấn. Hình 3-2: Dây quấn hạ áp 3.3. THIẾT KẾ DÂY QUẤN CAO ÁP - Số vòng dây của dây quấn cao áp ứng với điện áp định mức w1đm=w2 =576(vòng ) - Sơ bộ chọn mật độ dòng điện: theo công thức 3-30 tài liệu 1 =2. 2,3-2,32=2,28(A/mm2) - Sơ bộ chọn tiết diện dây dẫn s1’===54,26(mm2) - Theo bảng VI.1 chọn dây quấn cao áp: với S=7500(KVA), Uf1=35(KV), If1=123,72 (A) ta chọn kiểu dây quấn tiết diện chữ nhật có các kích thước a=3,28;b=16,8mm;s=54,62mm2 Cách điện hai phía của dây dẫn là 2.=3.2=6 (mm), chỉ dùng một sợi dây n=1 - Mật độ dòng điện thực ==2,265(A/mm2) - Số vòng dây trong một lớp: theo công thức 13-44a tài liệu 1 l1=lv1(wl1+1)+1à105=0,328(wl1+1)+1àwl1=316vòng -Số lớp dây cuộn cao áp:n==1,82 Vậy ta quấn thành 2 lớp , mỗi lớp có 288 vòng - Bề dàydây quấn cao áp a1=2a’+a11 a11=3cm là cách điện giữa 2 lớp dây cao áp a’ là chiều dày 1 sợi dây cao áp a1=2.1,68+3=6,63cm - Bố trí dây quấn Dây quấn cao áp được bố trí làm hai nữa có rãnh dầu ở giữa để tăng cường làm mát cho dây quấn. Vì nữa bên trong tản nhiệt và làm mát khó hơn nên ta chia số lớp ít hơn, D'' 2 D'' 1 D' 1 D' 2 d a 11 a 21 a 01 a 12 a 2 a 1 Hình 3-4: Bố trí dây quấn để xác định kích thước dây quấn - Điện áp làm việc giữa hai lớp kề nhau: U11=2.w11.uv=2.288.35,13=20205(V) Căn cứ vào U11 tra bảng 26 tài liệu 1 ta tra ra cách điện giữa các lớp U11=3554(3501-4000)V cách điện giữa các lớp gồm 40 lớp giấy cáp chiều dày của mỗi lớp mm. Đầu thừa cách điện lớp ở một đầu dây quấn lđl=30 mm Kích thước rãnh dầu dọc giữa dây quấn cao áp tra bảng 44b tài liệu 1 ta có a11=6mm - Đường kính trong của dây quấn cao áp D1’=D2’’+2.a12=40,328+2.2,7=45,728 cm; a12 là bề rộng rãnh dầu giữa dây quấn cao áp và hạ áp a12=27mm tra theo điện áp thử của cuộn cao áp D2’’ đường kính ngoài của cuộn hạ áp - Đường kính ngoài của dây quấn cao áp D1’’=D1’+2.a1=45,728+2. 6,63=58,988 cm - Trọng lượng của dây quấn cao áp Trọng lượng của dây quấn cao áp tính theo công thức 4-4a trang 103 tài liệu 1 =>GCu1= 1383,68 (kg), cần phải tăng trọng lượng dây dẫn do cách điện lên 4% nên trọng lượng của dây dẫn là: Gdd2=1,04 .GCu2=1,04.1383,68=1439 (kg) - Bề mặt làm lạnh của dây quấn cao áp L1=lv1(wl1+1)+(0,005-0,015).103=0,328(288+1)+1=95,79cm Đối với dây quấn cao áp có hai tổ lớp , giữa chúng có rãnh dầu làm lạnh tổ lớp trong quấn trực tiếp lên ống cách điện thì có ba mặt làm lạnh bề mặt làm lạnh được tính theo công thức 3-42c trang 94 tài liệu 1 2- dây quấn 3- tấm lót cách điện lớp a 11 vành đệm bằng cách điện a 1 M1=1,5.t.k.D1’+D1’’)l1= =1,5.3.0,88.(0,45728+0,58988).0,9579= 12,48 m2 Hình 3-5: Dây quấn cao áp : Đối với dây quấn cao áp dây dẫn tròn, nên dây quấn được quấn trên ống nhựa bakelit chiều dày ống bakelit là 3 mm chiều cao là 454 mm để tăng cường làm mát giữa dây quấn cao áp ta làm rãnh dầu dọc trục để tạo rãnh dầu ta bố trí 12 căn dọc bằng gỗ để định dạng dây quấn kích thước căn dọc như sau 6x20x454 mm. Sau khi thiết kế xong dây quấn ta phải tính toán kiểm tra xem dây quấn thiết kế có đảm bảo yêu cầu kỹ thuật đặt ra như tổn hao ngắn mạch, điện áp ngắn mạch. Dây quấn có chịu được lực cơ học khi ngắn mạch CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH 4.1. XÁC ĐỊNH TỔN HAO NGẮN MẠCH Tổn hao ngắn mạch của máy biến áp là tổn hao trong dây quấn khi ngắn mạch một dây quấn còn dây quấn kia đặt điện áp ngắn mạch Un để cho dòng điện trong cả hai dây quấn đều bằng định mức. + Tổn hao ngắn mạch có thể chia ra các thành phần như sau - Tổn hao chính, tức là tổn hao đồng trong dây quấn cao áp và hạ áp do dòng điên gây ra pCu1 và pCu2 - Tổn hao phụ trong hai dây quấn do từ thông tản xuyên qua dây quấn làm cho dòng điện phân bố không đều trong tiết diện gây ra pf1và pf2 - Tổn hao chính trong dây dẫn ra pr1, pr2 - Tổn hao phụ trong dây dẫn ra. Tổn hao này rất nhỏ ta có thể bỏ qua - Tổn hao trong vách thùng dầu và các kết cấu kim loại khác pt do từ trường tản gây nên Thường tổn hao phụ được gộp vào trong tổn hao chính bằng cách thêm vào hệ số tổn hao phụ. Vậy tổn hao ngắn mạch sẽ được tính theo biểu thức: pn=pCu1.kf1+pCu2.kf2+pr1+pr2+pt (W) 4.1.1. Tổn hao chính - Tổn hao trong dây quấn hạ áp pCu2=2,4 GCu2=2,4.2,322. 1763,3=22777,89(W) - Tổn hao trong dây quấn cao áp pCu1=2,4 GCu1=2,4. 2,2652. 1383,68=17036,62(W) 4.1.2 . Tổn hao phụ trong dây quấn Như trên đã nói tổn hao phụ thường được ghép vào tổn hao chính bằng cách thêm hệ số kf vào tổn hao chính: pCu+pf=pCu.kf B l m dây dẫn n a fd b n dây dẫn k 2 1 Do đó việc xác định tổn hao phụ là xác định trị số kf. Trị số này đôi với mỗi loại dây quấn sẽ khác nhau. Nó phụ thuộc vào kích thước hình học của mỗi loại dây dẫn, vào sự sắp xếp của dây dẫn trong từ trường tản ... Người ta đã tìm ra biểu thức tính toán của kf như sau: - Dây quấn hạ áp Hình 4-1 : Dùng để xác định tổn hao trong dây quấn hạ áp Đối với dây dẫn hạ áp với dây quấn hình chữ nhật với n=2 theo công thức 4-10a kf2=1+0,095.108.a4.(n2-0,2), trong đó =, m=39 số thanh dẫn song song với từ trường tản, b=8,6mm kích thước thanh dẫn song song với từ trường tản , kr=0,95 hệ số Ragovski. Thay số vào ta được =0,85127 n=2 số thanh dẫn thẳng góc với từ trường tản, a=6,5 mm kích thước của thanh dẫn thẳng góc với từ trường tản kf2=1+0,095.108.a4.(n2-0,2)=1+0,095(0,85127)2.6,54(22-0,2).10-4= 1,0467 - Dây quấn cao áp l fd m dây dẫn n dây dẫn Hình 4-2: Dùng để xác định tổn hao trong dây quấn cao áp Đối với dây quấn cao áp dùng dây dẫn tròn theo công thức 4-10c trang 105 tài liệu 1 ta có kf1=1+0,044.108 d4.n2 trong đó , d=1,56 mm là đường kính dây dẫn tròn, m=200 =0,7523 kf1=1+0,044.108 d4.n2=1+0,044.(0,7523)21,564132= 1,0025 - Tổn hao đồng trong dây quấn pCu1.kf1+pCu2.kf2=pCu+pf=17036,62. 1,0025+22777,9. 1,0467=40920,84 (W) 4.1.3. Tổn hao chính trong dây dẫn ra Tương tự như tổn hao trong dây quấn tổn hao trong dây dẫn ra xác định bằng biểu thức - Đối với dây quấn hạ áp pr2=2,4..Gr2 (W) =2,32(A/mm2) lấy bằng mật độ dòng điện trong dây dẫn hạ áp Gr2=lr2.sr2.(kg) , lr2 chiều dài của dây dẫn ra gần đúng có thể lấy như sau đối với dây quấn hạ áp nối sao theo 4-14 trang 106 tài liệu1 ta có: lr2=7,5l=7,5.94= 705cm , sr2 tiết diện của dây dẫn ra lấy bằng tiết diện vòng dây của cuộn hạ áp sr2=84,82 mm2, = 8900 (kg/m3) trọng lượng riêng của đồng Gr2=lr2.sr2.= 705. 84,82. 8900.10-8= 5,322(kg) pr2=2,4..Gr2=2,4.2,322. 5,322=68,75(W) - Đối với dây quấn cao áp pr1=2,4..Gr1 (W) =2,265 (A/mm2) lấy bằng mật độ dòng điện trong dây dẫn cao áp Gr1=lr1.sr1. (kg), lr1 chiều dài của dây dẫn ra gần đúng có thể lấy như sau đối với dây quấn cao áp nối tam giác theo 4-15 trang 106 tài liệu1 ta có: lr1= lr2 =705cm, sr1 tiết diện của dây dẫn ra lấy bằng tiết diện vòng dây của cuộn hạ áp sr1=54,62 mm2 , = 8900 (kg/m3) trọng lượng riêng của đồng Gr1=lr1.sr1.= 705. 54,62. 8900.10-8=3,427 (kg) pr1=2,4..Gr1=2,4. 2,2652. 3,427=42,195 (W) 4.1.4. Tổn hao vách thùng và các chi tiết kim loại khác Như đã biết, một phần từ thông tản của máy biến áp khép mạch qua vách thùng dầu, các xà ép gông, các bu lông và các chi tiết bằng sắt khác. Tổn hao phát sinh trong các bộ phận này chủ yếu là vách thùng dầu có liên quan đến tổn hao ngắn mạch. Tổn hao này khó tính chính xác được. Vì kích thước thùng dầu chưa biết thì đối với máy biến áp hai dây quấn ta tính gần đúng theo công thức sau 4-21 tài liệu 1 pt=10.k.S, trong đó k là hệ số xác định theo bảng 40a tài liệu 1 k=0,03-0,04 ta chọn k=0,03 pt=10.k.S=10.0,03.7500= 2250 (W) 4.1.5. Tổng tổn hao ngắn mạch của máy biến áp pn=pCu1.kf1+pCu2.kf2+pr1+pr2+pt =40920,84+42,195+68,75+2250= 43281,785(W) 4.1.6. Tổn hao ngắn mạch khi điện áp là định mức pnđm=pn-0,05.pCu1.kf1=43281,785-0,05.17036,62. 1,0025=42427,82 (W) 4.1.7. Sai số của tổn hao ngắn mạch so với yêu cầu đặt ra =1,01%<5% đạt yêu cầu về tiêu chuẩn tổn hao ngắn mạch 4.2. XÁC ĐỊNH ĐIỆN ÁP NGẮN MẠCH Điện áp ngắn mạch của máy biến áp hai dây quấn un là điện áp đặt vào một dây quấn với tần số định mức, còn dây kia nối ngắn mạch sao cho dòng điện cả hai phía đều bằng các dòng điện định mức tương ứng. Trị số un là một tham số rất quan trọng ảnh hưởng tới những đặc tính vận hành cũng như kết cấu của máy biến áp. Thật vậy - Khi un bé thì dòng điện ngắn mạch In lớn gây nên lực cơ học trong máy biến áp lớn - Khi un lớn thì điện áp giáng ở trong máy tăng lên ảnh hưởng đến các hộ dùng điện - Sự phân phối tải giữa các máy biến áp làm việc song song có un khác nhau sẽ không hợp lý Do đó để dung hòa hai ảnh hưởng đầu thông thường người ta tiêu chuẩn hóa các điện áp ngắn mạch. Đồng thời qui định hai máy biến áp làm việc song song phải có un chênh lệch không quá 10%. Vì vậy khi tính toán chỉ cho phép sai lệch với un tiêu chuẩn là 5% để đề phòng khi chế tạo sai lệch 5% là vừa 4.2.1. Tính thành phần điện áp ngắn mạch tác dụng Thành phần điện áp ngắn mạch tác dụng là thành phần điện áp rơi trên điện trở cuộn cao áp và hạ áp của máy biến áp được xác định theo công thức 4-22 trang 110 tài liệu 1 unr= =0,577% trong đó: pn là tổn hao ngắn mạch của máy biến áp (W) S là dung lượng định mức của máy biến áp (kVA) 4.2.2. Thành phần điện áp ngắn mạch phản kháng unx Thành phần điện áp ngắn mạch phản kháng là thành phần điện áp ngắn mạch rơi trên điện kháng tản của dây quấn cao áp và hạ áp. Đối với máy dây quấn đồng tâm hai dây quấn có chiều cao bằng nhau theo công thức 4-23 tài liệu 1 ta có unx = trong đó : d12=D2’’+a12=40,328+2,7=43,028 cm, là đường kính trung bình của dây quấn, l=94 cm là chiều cao dây quấn =1,438 ar==33+27=60 mm kr=1-; ===0,043-->kr=1-0,043=0,957 là hệ số kể đến từ thông tản thực tế không hoàn toàn đi theo dọc trục. Thay số vào ta dược unx === 8,41%