Đồ án Thiết kế máy biến áp điện lực ba pha ngâm dầu

,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 20 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 21 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 22 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 23 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 24 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 25 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 26 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 27 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 28 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 29 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 30 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 31 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 32 )]'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 33 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 34 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 35 - 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 36 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 37 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 38 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 39 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 40 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 41 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 42 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 43 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 44 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 45 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 46 PHẦN II : CHUYÊN ĐỀ ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP