Đồ án Thiết kế máy biến áp đầu máy một pha

dầu, nhiệt truyền từ các bộ phận bên trong MBA sang dầu rồi từ dầu qua vách thùng và truyền ra môi trường xung quanh. Lớp dầu sát vách thùng nguội dần sẽ chuyển dần xuống phía dưới và lại tiếp tục làm nguội một cách tuần hòan các bộ phận bên trong MBA. Mặt khác dầu MBA còn làm nhiệm vụ tăng cường cách điện. Tùy theo dung lượng MBA, mà hình dáng và kết cấu thùng dầu khác nhau. Loại thùng dầu đơn giản nhất là thùng dầu phẳng thường dùng cho các MBA dung lượng từ 30KVA trở xuống. Đối với các MBA cỡ trung bình và lớn, người ta dùng loại thùng dầu có ống hay loại thùng có bộ tản nhiệt. Hình 1.9 Thùng dầu kiểu ống Hình 1.10 Thùng dầu có bộ tản nhiệt Ở những MBA có dung lượng đến 10.000KVA. Ta dùng những bộ tản nhiệt có thêm quạt gió để tăng cường làm nguội MBA. Ở những MBA dùng trong trạm thủy điện, dầu được bơm qua một hệ thống ống nước để tăng cường làm nguội máy. b. Nắp thùng: Nắp thùng MBA dùng để đậy thùng và trên đó đặt các chi tiết máy quan trọng như: Các sứ ra của đầu dây CA và HA, bình giãn dầu, ống bảo hiểm, hệ thống rơle bảo vệ, bộ phận truyền động của bộ đổi nối các đầu điều chỉnh điện áp của dây quấn CA. Các sứ ra của dây cuốn CA và HA làm nhiệm vụ cách điện giữa dây dẫn ra với vỏ máy. Điện áp càng cao thì kích thước và trọng lượng sứ ra càng lớn. Bình giãn dầu: là một thùng hình trụ bằng thép đặt nằm ngang trên nắp thùng và nối với thùng bằng một ống dẫn dầu. Để bảo đảm dầu trong thùng luôn luôn đầy, phải duy trì dầu ở một mức nhất định. Đần trong thùng MBA thông qua bình giãn dầu giãn nở tự do. Ống chỉ mức dầu đặt bên cạnh bình giãn dầu để theo dõi mức đầu bên trong. Ống bảo hiểm: Làm bằng thép thường là trụ nghiêng, một đầu nối với thùng, một đầu bịt bằng một đĩa thủy tinh. Nếu vì lí do nào đó mà áp suất dầu trong thùng cao quá mức cho phép thì đĩa thủy tinh sẽ vỡ để dầu thoát ra lối đó tránh hư hỏng MBA. Chú ý ống bảo hiểm đầu đặt đĩa thủy tinh quay về phía ít người qua lại hay những vị trí ít nguy hiểm nhất. 1.6 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MBA Nguyên lý làm việc của MBA dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ và sử dụng từ thông biến thiên của lõi thép sinh ra. Các cuộn dấy sơ cấp và thứ cấp trong một MBA không có liên hệ với nhau về điện mà chỉ có liên hệ với nhau về từ. Xét sơ dồ nguyên lý của một MBA1 pha(hình1.11). I1 I2 Zt W1 W2 U1 U2 Hình 1.11 Nguyên lý làm việc của MBA Đây là sơ đồ MBA 1 pha 2 dây quấn, máy gồm có 2 cuộn dây. Cuộn sơ cấp có W1 vòng dây và có cuộn thứ cấp có W2 vòng dây được quấn trên lõi thép. Khi đặt một điện áp xoay chiều v1 vào dây cuốn sơ cấp trong đó sẽ có dòng điện i1. Trong lõi thép và sinh ra từ thông f móc vòng với cả hai cuộn dây sơ cấp và thứ cấp, cảm ứng ra các sức điện động e1 và e2. ở cuộn sơ cấp có sức điện động sẽ sinh ra dòng điện i2 đưa ra tải với điện áp là u2. Giả thiết điện áp xoay chiều đặt vào là một hàm số hình sin thì từ thông do nó sinh ra cũng là một hàm số hình sin. f= fm. sinwt Do đó theo định luật cảm ứng điện từ, sức điện động cảm ứng trong các dây quấn sơ cấp và thứ cấp là: e1= W 1= - w 1= -W1wfmcoswt = E 1sin(wt-) e 2=-W2= - W2 = -wW2fmcoswt =E 2sin(Wt-) Trong đó: E1===4,44fW1fm E2===4,44fW2fm Là giá trị hiệu dụng của các sức điện động của cuộn sơ cấp và thứ cấp. Dựa vào biểu thức(1-3a,b) ta có thể đưa ra tỉ số biến đổi của MBA như sau. k = = Nếu không kể điện áp rơi trên các dây quấn thì có thể coi U1E1, U2E2 do đó k có thể coi như tỉ số điện áp giữa dây quấn sơ cấp và thứ cấp. k= 1.7 MỤC ĐÍCH YÊU CẦU VÀ NHIỆM VỤ: Để đảm bảo về tính toán hợp lý tốn it thời gian, việc tính toán MBA sẽ lần lượt tiến hành theo trình tự như sau: 1. Xác định các đại lượng cơ bản: Tính dòng điện pha, điện áp pha của các dây quấn Xác định điện áp thử của các dây quấn Xác định các thành phần của điện áp ngắn mạnh 2. Tính toán các kích thước chủ yếu Chọn sơ đồ và kết cấu lõi sắt Chọn loại và mã hiệu tôn Silic, cách điện của chúng, chọn cường độ tự cảm của lõi sắt Chọn các kết cấu và xác định các khỏang cách cách điện chính của cuộn dây Tính toán sơ bộ MBA chọn quan hệ kích thước chủ yếu b theo đại số io, Po, m, Pn đã cho. Xác định đường kính trụ, chiều cao dây quấn, tính tóan sơ bộ lõi sắt. 3. Tính toán dây quấn CA và HA Chọn dây quấn CA và HA Tính cuộn dây HA Tính cuộn dây CA 4. Tính toán ngắn mạch Xác dịnh tổn hao ngắn mạch Tính toàn điện áp ngắn mạch Tính lực cơ của dây quấn khi MBA bị ngắn mạch 5. Tính toán cuối cùng về hệ thống mạch từ và tham số không tải của máy MBA Xác định kích thước cụ thể của lõi sắt Xác định tổn hao không tải Xác định dòng điện không tải và hiệu suất 6. Tính toán nhiệt và hệ thống làm nguội MBA Tiêu chuẩn về nhiệt độ chênh Tính toán nhiệt MBA Tính tóan gần đúng trọng lượng và thể tích bộ giãn dầu PHẦN II: THIẾT KẾ CHƯƠNG I: CHỌN SƠ ĐỒ ĐIỀU CHỈNH VÀ KẾT CẤU MẠCH TỪ MỘT PHA I.1 Các phương pháp điều chỉnh Khác với máy biến áp thông thường, MBA đầu máy có một số tính chất riêng, khi thiết kế cần lưu ý. - Công suất MBA được xác định từ công suất động cơ 1 chiều kéo đầu máy, kích thước và trọng lượng MBA phụ thuộc vào công suất này. - Bên cạnh đó MBA cần thiết điều chỉnh điện áp trong phạm vi từ 0 ® U. ® Do đó cần tăng cường đảm bảo chống ngắn mạch, độ bền điện và độ bền cơ khí cao, chống chấn động. Muốn đảm bảo các yêu cầu trên cần lưu ý sử dụng các vật liệu có chất lượng cao để tăng tuổi thọ cho MBA. Thường thì MBA đầu máy có tuổi thọ thấp. Trong khi tuổi thọ trung bình của MBA điện lực là 40 năm thì MBA đầu máy chỉ khoảng 20 năm. Một phần tử rất quan trọng của MBA đầu máy là bộ phận thay đổi điện áp. Nó được tính toán với chế độ làm v iệc khắc nghiệt đến 1000 lần thây đổi điện áp đầy tải trong 1 ngày. Phần tử này làm việc nặng nề nhất và hay hư hỏng nhất. Có nhiều phương pháp điều chỉnh điện áp MBA Sơ đồ nối dây máy biến áp , điều chỉnh điện áp phía 22kV 1. Điều chỉnh điện áp phía cao áp Điện áp được điều chỉnh bằng 1 MBA tự ngẫu, máy thường được chế tạo kiểu bọc. MBA chính thưòng có 2 trụ, ngoài ra còn có bộ phận thay đổi điện áp gồm chuyển mạch các tiếp điểm công suất lớn và biến dòng. Hình vẽ: Máy biến áp một pha mạch từ ba trụ Để giảm trọng lượng, người ta chế tạo mạch điện từ kiểu 3 trụ. Trụ I có từ thông F1 không đổi do điện áp lưới đặt lên số vòng dây không đổi sinh ra. Trên trụ này đặt dây quấn tự dùng và dây quấn sưởi ấm. Từ dây quấn MBA tự ngẫu sẽ nối với dây quấn trụ II và dây quấn nối tiếp trụ III. Từ thông trụ II là F2 gồm 0,5F1 và từ thông biến thiên Fx. Trong đó Fx thay đổi tuỳ theo vị trí chuyển mạch ở MBA tự ngẫu. Như vậy sự phân bố từ thông qua 3 trụ theo tỉ lệ 1:1,5:0,5. Sử dụng loại lõi thép này không thể dùng dây quấn hình trụ, vì không thể đồng thời có 3 trụ tiết diện tròn khi số lá thép như nhau. Người ta phải dùng dây quấn ôvan thay cho dây quấn hình trụ, làm tăng giá thành vào khoảng 25% tiền công chế tạo. Dùng dây quấn ôvan sẽ tận dụng được diện tích cửa sổ MBA hơn là dùng dây quấn tròn. Kích thước máy lợi này sẽ nhỏ hơn, kích thước thùng dầu và trọng lượng toàn bộ máy sẽ giảm đi so với loại máy 2 mạch từ riêng rẽ, xếp chung trong 1 thùng dầu. Trọng lượng trên đơn vị công suất vào khoảng 2,3 kg/KVA 2. Điều chỉnh điện áp phía hạ áp MBA điều chỉnh điện áp phía cao áp có dòng điện qua chuyển mạch cỡ hàng trăm ampe, dây quấn thứ cấp đơn giản. Nhưng có nhược điểm là trọng lượng máy sẽ lớn, hiệu suất sẽ nhỏ MBA điều chỉnh điện áp phía hạ áp, dây quấn cao áp không có đầu phân áp, giảm vật liệu cách điện phần dây quấn và đầu ra điện áp, đầu phân áp sẽ đặt ở dây quấn hạ áp và được điều chỉnh bằng động cơ. Dòng điện các đầu tiếp xúc điều chỉnh tới hàng chục KA. MBA công suất lớn, số vòng dây thứ cấp ít vì vậy điệp áp điều chỉnh sẽ thô, thường phải dùng mạch chia dòng và điện kháng. MBA đầu máy kiểu MBA tự ngẫu, điện áp lưới điẹn 22kv với tần số 50hz. Phần dây quấn hạ áp được nối đất, có dòng điện lớn, đầu phân áp được đến các tiếp điểm chuyển mạch có dòng điện hàng kA. Để dòng điện cân bằng, người ta dùng bộ chia dòng điện sơ - thứ cấp độc lập, vì tính rằng nếu mất nối đất các đầu phân áp của tự dùng, cung cấp cho sưởi ấm chịu điện áp bằng điện áp phía cao áp. 3. MBA điều chỉnh bằng bão hoà từ Điều chỉnh điện áp bằng mạch từ bão hoà là phương pháp tiên tiến, phương pháp này không cần dùng bộ chuyển mạch công suất lớn, người ta hay dùng cách điều chỉnh này cho MBA cấp điện cho động cơ kéo công suất lớn. Điều chỉnh điện áp trơn, không có tia lửa điện, dùng cho trường hợp không tĩnh tại, phù hợp cho động cơ đầu máy kéo toa xe. Transductor điều chỉnh thường được nối theo 2 cách a) Hai transductor song song, dùng để chuyển tải từ đầu phân áp này sang đầu phân áp khác, nó làm nhiệm vụ chuyển mạch. b) Sử dụng mạch từ bão hoà có mạch liên hệ ngược, các cặp điôt ngược và hạn chế dòng ngắn mạch, lại đảm bảo nối đầu phân áp lân cận. Dây quấn sơ cấp MBA nối vào lưới 25kv máy có đầu phân áp 22,5kv. Dây quấn thứ cấp nối qua chỉnh lưu để cấp cho ĐC . Dây quấn này gồm 2 phần có điện áp như nhau 465V, một trong 2 phần chia làm 6 phần có đầu phân áp 6x77,5. Điện áp điều chỉnh mỗi nấc 77,5V từ 0¸930V. Ngoài ra dây quấn tự dùng và dây quấn tự cấp lò sưởi Theo cách này người ta đã chế tạo MBA đầu máy có công suất 1385KA điện áp 25kv/22,5kv. Động cơ kéo MBA và chuyển mạch bộ phận làm mát và transductor, đặt chung ở một toa xe. Dẫn điện bằng cáp 1 lõi, tiết diện 150mm2, điện áp thử 80kv (cáp cao áp từ lưới đến MBA). MBA đầu máy kiểu vừa xem xét do hãng Micafil chế tạo có sứ ra kiểu điện dung. Sứ ra cao 3m, từ MBA lên đến mái của toa xe. Ngoài ra bọc ngoài sứ là ống bằng đồng có đường kính 80mm. Máy biến dòng để dưới mái, sứ ra được kẹp trên mái chống rung, phía tiếp nối với nắp MBA phải có doãng kín để không chảy dầu. MBA đầu máy có hình dáng không giống với MBA thông thường. Từ đầu phân áp nối ra, chuyển mạch bằng đồng thanh đi dưới sàn toa. I.2 Chọn sơ đồ điều chỉnh và kết cấu mạch từ Qua phân tích những đặc điểm của 3 phương pháp điều chỉnh điện áp nêu trên, ta thấy phương pháp điều chỉnh điện áp phía cao áp là phù hợp hơn cả. Với sơ đồ điều chỉnh điện áp phía cao áp, nếu như ta chế tạo mạch từ riêng rẽ thì trọng lượng máy sẽ lớn. Vì vậy cách tốt nhất là chế tạo mạch từ hợp nhất giữa MBA tự ngẫu và MBA chính thành mạch từ 3 trụ. Với mạch từ 3 trụ ta có thể có 2 cách đặt dây quấn. a) Có 2 trụ đặt dây quấn, trụ còn lại không có dây quấn (có thể là 2 trụ biên đặt dây quấn, trụ giữa trống, hoặc 2 trụ kề nhau đặt dây quấn, trụ biên để trống) b) Cả 3 trụ đặt dây quấn Việc xác định hợp lý tỷ lệ dây quấn MBA tự ngẫu và MBA chính trên các trụ sẽ làm kích thước máy có hiệu quả kinh tế. Hãng Oerlikon cho rằng, kinh tế lớn nhất là phương án chọn đặt dây quấn ở cả 3 trụ. Một trụ biên đặt dây quấn MBA tự ngẫu, dây quấn tự dùng và dây quấn sưởi; 2 trụ còn lại để đặt dây quấn MBA chính. Dây quấn tự dùng và chuyển tiếp cho lò sưởi đặt trên cùng trụ củadây quấn MBA tự ngẫu vì trụ này có từ thông không đổi. Trên trụ có dây quấn MBA chính từ thông biến đổi từ 0 đến cực đại. Nếu coi tiết diện trụ MBA tự ngẫu là 100% thì trụ giữa có tiết diện 50%. Với giả thiết trên, tỷ lệ vòng dây quấncao áp MBA tự ngẫu gấp 2 lần dây quấn MBA chính ở mỗi trụ. Sơ bộ chọn diện tích tiết diện trụ MBA như sau: St = 30 cm2 Với S – công suất cực đại MBA tự ngẫu, KVA Tiết diện lõi thép là chữ nhật, có tỷ lệ chiều rộng và chiều dài giới hạn là 1:3, chênh lệch quá sẽ tốn dây dẫn. Cường độ từ cảm Bm = 1,85 T Chế độ phát nóng tính cho TH làm việc lâu dài với Bm = 1,75 mà nhiệt độ vẫn trong giới hạn cho phép. Dòng không tải càng lớn thì hiện tượng quá áp khi đóng máy vào lưới càng nguy hiểm Tiết diện dây quấn chọn sao cho mật độ dòng điện nhỏ hơn hoặc bằng 6 A/mm2. ở dây quấn MBA chính, dòng điện ít thay đổi, có thể chọn mật độ dòng điện 5A/mm2 như vậy là trị số này lớn hơn ở MBA thường 50®60%. Điều này dẫn đến việc phải tăng cường làm mát, dầu làm mát đưa thẳng vào dây quấn, vào rãnh dầu có định hướng. Làm mát dầu cưỡng bức bằng bơm tuần hàn đưa dầu làm mát ngoài MBA. Dây quấn phải có độ bền cơ học cao để chống ngắn mạch, có độ bền chịu được quá áp và độ bền chịu nhiệt khi quá tải, chủ yếu chống được lực hướng trục. Ví dụ dây quấn MBA chia làm 2 nhánh, sao cho ngắn mạch ở một nhánh hay là 2 nhánh thì đều có cân bằng sức từ động. Đặc biệt bố trí đầu phân áp MBA tự ngẫu khi điều chỉnh phía CA hoặc phía HA * Dòng ngắn mạch IR, lực ngắn mạch Fk có thể được hạn chế bằng cách tăng điện áp ngắn mạch. MBA đầu máy thường có điện áp ngắn mạch uk=8¸15% Điện áp ngắn nạch dây quấn tự dùng và sưởi muốn đạt được trị số đã cho phải tăng rãnh từ tản chính hoặc nối thêm cuộn kháng. ứng suất dây quấn tự dùng dây quấn sưởi, được chọn cao tới 1500kg/cm2. Để phân bố điện áp đồng đều giữa 2 lớp, ở MBA quấn kiểu nhiều lớp, các lớp được nối với nhau theo cùng chiều. MBA có điện áp 22kv phải tăng cường cách điện ra 2 phía dây quấn, dòng 0,9mm. Ngoài ra với các vị trí đặc biệt cần tăng thêm cách điện đến 30¸50%. Dây quấn galet, do phân bố điện áp không đều cần tăng khoảng cách giữa các galet đến 10mm. Khi thí nghiệm MBA, tính thời gian để đạt đến nhiệt độ ổn đỉnh của máy 5 ® 10h. Dây dẫn có mật độ dòng tới 6A/mm2, chọn bề mặt làm mát sao cho ứng suất nhiệt không vượt quá 5w/m2, độ tăng nhiệt độ không quá 700.Dây quấn đồng tâm hình trụ cần có rãnh thông dầu 5mm dọc trục. Rãnh thông dầu hướng kính chọn không nhỏ hơn 20% chiều rộng dây quấn CHƯƠNG II. TÍNH TOÁN MÁY BIẾN ÁP II.1. Tính toán máy biến áp chính II.1.1 Tính toán dây quấn và mạch từ MBA đầu máy thiết kế ở đây gồm 1 MBA tự ngẫu có nhiệm vụ điều chỉnh điện áp (RAT) và MBA chính (HT). Hai MBA này được đặt chung trên mạch từ 3 trụ. RAT đặt riêng trên 1 trụ, 2 trụ còn lại đặt dây quấn HT. Dây quấn tự dùng T và dùng để sưởi ấm S đặt trên cùng trụ với RAT vì trụ này có từ thông không đổi theo các nấc thay đổi điện áp Hình vẽ II.1 Sơ đồ nối dây của máy biến áp đầu máy Tiết diện các trụ XĐ theo độ lớn từ thông. Nếu gọi trụ I xuất phát từ HT, ở nấc điều chỉnh thứ 33 điện áp tíư cấp của MBA tự ngẫu là 20000V, phần dây quấn trên trụ II có điện áp 15000V (U1’’), phần dây quấn trên trụ III có điện áp Ut’’’ = 5000V (phân bố theo tỷ lệ từ thông trên các trụ 1,54 và 0,54). Tương tự ta có điện áp phía thứ cấp MBA chính là U2’’ = 750V, U2’’’ = 250V Hình II.2 Phân bố từ thông ở 3 trụ I, II, III ứng với các nấc điều chỉnh khác nhau Diện tích tiết diện mạch từ : St=30=30 » 2685 (cm2) Chọn tiết diện trụ II: = 2685 (cm2) Chọn tiết diện trụ III: (cm2) Chọn tiết diện trụ I: (cm2) Giả sử hệ số điền đầy kt-0,96, ta có diện tích hình học các trụ: Kích thước lõi thép trụ I chọn theo tỷ lệ a:b=1:3 (a là bề rộng, b là chiều dày), chiều dày 3 trụ chọn bằng nhau Trụ I: aIbI = 25.74,6 = 1865 cm2 Trụ II: aII = aI Trụ III: aIII = aI Cường độ từ cảm chọn ứng với điện áp cực đại BII = BIII = 1,607T Điện áp trên 1 vòng dây: Số vòng dây ở trụ II và III sẽ như nhau Trụ II có U1’’ = 15000V Þn1= (vòng) U2’’ = 750V Þ n2 = (vòng) Trụ III: U1’’’ = 5000V Þ n1 = (vòng) U2’’’ = 250V Þ n2 = Công suất MBA chính : Sđc = 7000KVA Dòng sơ cấp: I1 = Phía hạ áp mỗi dây quấn có công suất là: 350KVA ® Dòng thứ cấp: I2 = Để đạt được trị số điện áp ngắn mạch ta chia dây quấn xen kẽ thành 2 nhóm nối song song. Trong thực tế người ta thường thực hiện như sau: Xác định cách đặt dây quấn, sau đó tính điện áp ngắn mạch, cuối cùng điều chỉnh trị số này bằng cách chọn lại số nhóm dây nối song song hoặc thay đổi kích thước mạch từ trường hợp đang xét, thích hợp nhất là đặt dây quấn như sau: Dòng điện sơ cấp ở mỗi nhánh là: I1’ = 0,5.I1 = 0,5.350 = 175 (A) Chọn mật độ dòng điện d1’ = 5,08 A/mm2 ta tính được tiết diện dây quấn Chọn dây: 2,5 x 6,5/3,4 x 7,4 (Cách điện dP) x2 gồm 8 bánh dây, mỗi bánh 20 vòng, chiều dày bánh dây: B1 = 20.3,4.2 = 136mm Dây quấn thứ cấp I2 = 3500A, tương ứng chọn d2 = 4,89 A/mm2 ta có tiết diện dây quấn: Chọn dây trần bằng đồng : 5,3.135 ® Chiều dày : b2 = 135mm Tính chiều cao dây quấn trụ II và III tính cho nửa dây quấn mỗi trụ Dây quấn thứ cấp (nn) - Dây quấn : 2 x 4.5,3 = 42,4mm - Khe hở giữ bánh dây : 2 x 3 x 9 = 54mm - Khe làm mát chính 1 x 40 mm và nửa khe ngăn cách giữa 6m tổng là 46mm Dây quấn sơ cấp (vn) - Dây quấn : 8 x 7,4 = 59,2 mm - Khe hở giữa các bánh dây : 7 x 11 = 77 mm - Khe làm mát chính : 1 x 40 = 40m Tổng chiều cao nửa dây quấn mỗi trụ : 318,6mm Hình II.4 Bố trí dây quấn ổ trụ II và III Chiều caodây quấn là : h = 2.318,6 = 637,2mm Sau khi ép chặt: h = 630mm Khoảng cách dây quấn đến gông, phía trên là 45mm, phía dưới là 35mm ® Chiều cao cửa sổ là: h0 = 630 + 45 + 35 = 710mm Khoảng cách dây quấn cao – hạ áp, khoảng cách dây quấn – gông, xác định tương ứng với điện áp thử 75kv ở tần số công nghiệp và 150kv điện áp sóng xung 1,2/50ms Giữa các khoảng cách có đặt vật liệu các điện, hơn nữa chỗ tiếp nối còn đặt nhỏ ra tối thiểu 12mm Hình II.5 Từ trường tản II.1.2. Tính điện áp ngắn mạch Xét điện áp ngắn mạch của MBA chính. Điện kháng ngắn mạch của HT sẽ là tổng điện kháng 2 tụ: X = XII + XIII Sử dụng công thức Richter X = 3,95.f. C = S + Ta có chu vi trung bình dây quấn trụ II là OII = 2(s+d)+pb = 2(44,5 + 82) + 3,14.13,5 = 295,5mm Dựa vào hình vẽ bố trí dây quấn ta xác định được S = 44,5cm ; d = 82cm ; b = 13,5cm Chu vi trung bình dây quấn trên trụ III : OIII = 2(s’+d’)+pb’ = 2(19,5+82)+3,14.13,5 = 245,5cm Với s’ = 19,5cm; d’ = 82cm; b’ = 13,5cm Tiếp theo: d = 4cm; a1 = 13,5cm; 0,5 a2 = 4,7cm Hệ số Rogowshi được tính như sau K = 1 - Trong đó: X = Ta có: X = 3,95 Þ UL = X.I1’=10,4.175=1820V Hay:UL= II.2 Tính toán MBA tự ngẫu 1 pha (RAT) Dây quấn RAT đặt ở trụ I, tiết diện tác dụng trụ I là SI = 1790cm2 Diện tích hình học : SI’ = 1865cm2 theo kích thước 25x74,5mm Cường độ từ cảm chọn là: BT = 1,607T, từ thông sẽ là: F = BI.SI = 1,607.0,179 = 0,2877wb Điện áp mỗi vòng dây: UVI = 4,44.f.F = 4,44.50.0,2871 = 63,9 (V) Đầu phân áp nối song song: U1P = 20000V: nP = (vòng) Phần dây quấn nối tiếp: U1s = 2000V ; nS = (vòng) Dây quấn sơ cấp: U1 = U1p + U 15 = 20000 + 2000 = 22000V n1 = np + ns = 320 + 34 = 354 (vòng) Dây quấn sưởi S vòng vòng Dây quấn tự dùng T vòng vòng Hình II.6 Biểu đồ các nấc điều chỉnh điện áp Nấc điều chỉnh , V V A A A A kVA kVA 1 0 0 0 40 40 350 3500 0 1000 2 14 875 43,75 51,5 278,5 350 3500 188,5 1288,5 3 28 1750 87,5 63,1 266,9 350 3500 577 1577 4 42 2625 131,25 76 254 350 3500 865,5 1865,5 5 54 3375 168,75 84,5 245,5 350 3500 1100 2100 6 64 4000 200 92,8 237,2 350 3500 1525 2320 7 74 4625 231,25 101 229 350 3500 1732 2525 8 84 5250 262,5 109,3 220,7 1920 2732 9 93 5812,5 290,63 116,8 213,2 2105 2920 10 102 6375 318,75 124,3 205,7 2285 3105 11 111 6937,5 346,88 131,5 198,5 2475 3285 12 120 7500 375 139 191 2660 3475 13 129 8062,5 403,13 164,4 183,6 2825 3660 14 137 8562,5 428,13 159 177 2990 3825 15 145 9062,5 453,13 159,8 170,2 3155 3990 16 153 9562,5 478,13 166,4 163,6 3320 4155 17 161 10062,5 503,13 172,9 157,1 3505 4320 18 170 10025 531,25 180,5 149,5 3683 4505 19 179 11187,5 559,38 187,2 142,8 3880 4683 20 188 11750 587,5 195,3 134,7 4065 4880 21 197 12312,5 615,63 202,6 127,4 4250 5065 22 206 12875 643,75 210,3 119,7 4440 5250 23 215 13437,5 671,88 217,9 112,9 4635 5440 24 225 14062,5 703,13 225,2 104,8 4845 5635 25 235 14687,5 734,38 238,2 97,2 5055 5845 26 245 15312,5 765,63 242,3 87,7 5280 6055 27 256 16000 800 251,5 78,5 5505 6280 28 267 16687,5 834,38 260,5 69,5 5730 6505 29 278 17735 868,75 269,3 60,7 5955 6730 30 289 18062,5 903,13 268,5 51,5 6195 6955 31 300 18750 937,5 288 42 6400 7195 32 310 19375 968,75 296 34 6600 7400 33 320 20000 1000 304 26 7000 8000 Bảng II.1 Thông số máy biến áp tự ngẫu ứng với từng nấc điều chỉnh Dòng điện dây quấn máy biến áp tự ngẫu thay đổi theo từng nấc điện áp, do vậy xác định trị số dòng điện để xác định tiết diện dây quấn. Tiết diện chọn sao cho mọi phần của dây quấn, khi dòng điện thay đổi, không có phần nào có mật độ dòng điện lớn hơn 6 A/mm2. Công suất tự dùng và cấp cho động cơ kéo xem như sử dụng thường xuyên, phần cấp sưởi nóng chỉ sử dụng vào lúc trời lạnh Chọn dây quấn sao cho bề rộng của các bánh dây bằng nhau và bằng bề rộng các bánh dây máy biến áp chính. Chiều cao của dây quấn nhỏ hơn 8 mm để giảm tổn hao phụ. Đường sức từ tản sẽ vuông góc với chiều cao dây quấn và song song với bề dày (rộng) của dây quấn. Hình II.7 Biểu đồ biểu diễn sự thay đổi dòng điện ở các nấc điều chỉnh Hình II.8 Bố trí các đầu phân áp. Số trong ngoặc chỉ thứ tự đầu phân áp, số ngoài ngoặc chỉ số vòng dây quấn Số vòng Số cặp galet Số vòng mỗi galet Phạm vi dòng điện A Kích thước dây trần, mm Kích thước có cách điện mm Tiết diện Mật độ dòng điện A/ 81 3 27 310-253 4.7 4,9-7,9 56 4,52-5,53 30 1 30 253-231 3,5.7 4,4-7,9 49 5,14-4,7 102 3 34 2232-180-10 3.7 3,9-7,9 42 5,31-4,29-5 60 2 30 210-260 3,5.7 4,4-7,9 49 4,29-5,31 27 1 27 260-228 4,7. 4,9-7,9 56 4,65-5,15 100 1 25 260-304 4,5.6,5 5,4-7,4 58,5 5,06-5,19 Bảng II.2 Thông số kỹ thuật từng nhóm dây quấn Dây quấn cấp cho sưởi, có hai cặp galet 24 vòng dây. Sau khi quấn được 16 vòng, lấy đầu ra. Dòng điện tương ứng : ở điện áp 1500 V có công suất 8000 kVA và 1000 V có 600 kVA. Khi cần sử dụng điện áp 1500 và 1000 V hai cặp galet song song, khi sử dụng điện áp 3000 V, sẽ nối tiếp Hình II.9 Dây quấn sưởi (S), dây quấn tự dùng (T) Tiết diện dây dẫn chọn tương ứng với khi sử dụng điện áp 1000 V, lấy dS = 5,56 A/mm2. SS = Khi sử dụng điện áp 1500 hoặc 3000, mật độ dòng là : Chọn dây 3 x 6 / 3,6 x 6,6 (cách điện 4P) x 3 dây song song. Dây quấn tự dùng T Điện áp sử dụng 187,5 và 250V, công suất 200kVA ứng với điện áp 250V : Dòng này cũng tính cho đầu phân áp 187,5 V Mật độ dòng điện dT = 3,56 A/mm2 (chọn nhỏ vì dây quấn này làm việc liên tục). Tiết diện dây quấn : Chọn dây 4,5 x 5/5,1 x 5,6 (cách điện 4P) x 5 dây song song. Dây quấn này công suất nhỏ, uk cũng nhỏ vì vậy sẽ nguy hiểm khi xảy ra ngắn mạch, để tăng uk, ta đặt dây quấn này sau dây quấn sưởi (tăng khoảng cách với dây quấn 25 kV). Chiều cao dây quấn trụ I : Dây quấn điều chỉnh 8 ga let x 7,4 mm = 59,2 mm 20 ga let x 7,9 mm = 158,0 mm 27 khe x 10 mm = 270,0 mm Tổng cộng 487,2 mm Sau khi sấy khô ép chặt còn lại ~ 480 mm Hai lớp cách điện dày 40 mm = 80 mm Dây quấn sưởi 4 ga let x 6,6 mm = 26,4 mm 2 khe x 5 mm = 10 mm Tổng cộng 36,4 mm Sấy khô ép chặt còn ~ 36 mm Dây quấn tự dùng 2 ga let x 5,6 mm = 11,2 mm Khoảng cách giữa dây quấn sưởi – Tự dùng 2 x 11,5 mm = 23 mm Tổng cộng 34,2 mm Sấy khô, ép chặt còn ~ 3,4 mm Chiều cao tổng cộng sau khi sấy – ép còn: 480 + 36 + 34 + 80 = 630 mm Khoảng cách từ dây quấn đến gông trên 45 mm, phía dưới 35 mm, chiều cao cửa sổ sẽ là: h0 = 630 + 45 + 35 = 710 mm Hình II.10 Bố trí dây quấn ở trụ I CHƯƠNG III. TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH MÁY BIẾN ÁP Điện áp ngắn mạch ở đầu phân áp thứ 33. áp dụng công thức: X = 3,95 F = 50 Hz; n33 = 80 vòng, d = 1 cm; a1 = 35,8 cm; a2 = 60 + 42 = 102 mm = 10,2 cm O2 = 2(s+d) + pb = (320 + 820)2 = 3,14 x 135 = 2705 mm = 270,5 mm K = 1 - Trong đó: Điền vào ta có: X = 3,95 x 0,531 Giảm áp là : U33 = X.I1 = 1,17 x 304 = 355 V U33 = Để tính uk cho mọi đầu phân áp ta dùng công thức : X = 3,95 = hằng số x n2 = Tiép theo tính điện áp ngắn mạch của máy biến áp chính ứng với từng phần đầu phân áp. Điện áp ngắn mạch được tính : ở nấc điện áp lớn nhất, điện kháng X = 10,4 W I1’ = 0,5 x 330 = 165 A (không đổi) U1’ - điện áp ở các nấc tương ứng. Giá trị uk của máy biến áp tự ngẫu đã cho, phụ tải chỉ tính ứng với tải của máy biến áp chính mà không kể đến tải tự dùng và sưởi. Cách tính các thông số: U1’ và uk(HT) là thông số của máy biến áp chính ứng với công suất 6600 kVA ở đầu phân áp 33, và dòng I1’ = 2 x 165 = 330 không thay đổi. Công suất tổng của máy biến áp tự ngẫu là 7600 kVA ở nấc điều chỉnh 33, uk ở nấc 33 và các nấc còn lại đều tính tương ứng với công suất ứng với phụ tải của máy biến áp chính, sưởi ấm và tự dùng. ứng với I1 = 304 A công suất kVA, nấc 33 có uk = 1,42%. Khi tính cho cả nhóm, ta cần qui đổi điện áp ngắn mạch máy biến áp tự ngẫu và máy biến áp chính ứng với một công suất chung. Nấc 33 ứng với công suất 7600 kVA thì uk(RAT) = 1,42%. Máy biến áp chính có công suất 6600 kVA thì điện áp ngắn mạch qui đổi sẽ được tính: Uk(RAT) = 1,42 Đầu phân áp số 15 công suất tổng cộng là 3990 ứng với uK(RAT) = 7,56%. Riêng máy biến áp chính có công suất 2990, ứng với điện áp ngắn mạch: Bằng cách tương tự, ta tính được UK(RAT) qui đổi của các nấc phân áp (đầu phân áp) còn lại. Đồ thị 1: Biểu diễn sự thay đổi điện áp ngắn mạch( tính theo %) phụ thuộc vào vị trí nấc điện áp Nấc điều chỉnh 10-4 l1A XW X.l1V uk % 1 400 16 40 29,2 1160 4,64 3 372 13,8 63,1 25,2 1590 6,35 5 346 11,95 84,