Đồ án Thiết kế máy biến áp lò hồ quang luyên thép 5Tấn / mẻ

thì lượng sắt tăng lên và đồng lại giảm đi. Ngoài rat hay đổi β cũng ảnh hưởng đến các tham số kỹ thuật của máy biến áp như tổn hao và dòng điện không tải,độ bền cơ, sự phát nóng của dây quấn, kích thước chung của cả máy. Do đó để chọn được hệ số β tối ưu người ta thường lập quan hệ Ctd ( β ); i0 (β ); p0 (β )…. Đối với máy biến áp thường thì trị số β thường trong khoảng 0,9÷2,1. Đối với máy biến áp lò theo TL1 trang 202 người ta đã tính được trị số β = 1,8 và tương ứng tiết diện tác dụng được tính theo công thức sau : 1. Tiết diện tác dụng của trụ : St = (4÷6). Từ công thức kinh nghiệm trên ta tính được tiết diện tác dụng của trụ. St = (4÷6). = 546,5÷819,756 cm2 Trong đó : S là công suất máy biến áp. f = 50 Hz là tần số của lưới điện. Chọn tiết diện St = 770 cm2 Theo bảng 10-1 trang 77 sách TKMBA, ta chọn trụ có 8 cấp và hệ số sử dụng kp = 0,976. Hệ số ko để tính bán kính vòng tròn bao tiết diện : k0 = = = 1,142 Đường kính vòng tròn bao tiết diện trụ ( hình 2.2 ) : Dt = k0. = 1,142. = 31,689 cm Ta chọn trụ có đường kính là Dt = 32 cm. Cấp thứ Kích thước Dày Số lá thép 1 310 40 114 2 295 22 63 3 270 24 69 4 250 14 40 5 230 11 32 6 215 7 20 7 195 8 23 8 155 12 34 9 135 5 15 2. Đường kính trung bình của rãnh dầu giữa hai dây quấn : Theo công thức 2-41 trang 45 TL2 ta có : Ds = a.Dt = 1,4.32 = 44,8 cm Trong đó a = 1,4 chọn theo bảng 13 trang 195 TL2. 3. Chiều cao của cuộn dây tính theo sơ bộ là : Ta có : β = => lsb = = = 78,19 cm Ta chọn lsb = 78 cm. 4. Diện tích hình học : Lá thép cách điện bằng vật liệu gốm kerizol, chịu được nhiệt độ 8000C. Hệ số ép chặt kt = 0,95. S’t = = = 810,526 cm2 5. Diện tích tiết diện gông : Ss = 1,08.St = 1,08.770 = 831,6 cm2. 6. Điện áp trên một vòng dây : Cường độ từ cảm có thể chọn trong khoảng từ 1,6÷1,7T. Ta chọn Bt = 1,68T. uv = 4,44.Bt.St.f = 4,44.1,68.0,077.50 = 28,717 V 7. Cường độ từ cảm gông : Bs = Bt. = 1,68. = 1,55 T CHƯƠNG 3 : TÍNH TOÁN DÂY QUẤN I. Yêu cầu chung đối với dây quấn : 1. Yêu cầu về vận hành : Ta có thể chia thành các yêu cầu về mặt điện, mặt cơ và mặt nhiệt. a. Về mặt điện : Khi vận hành dây quấn máy biến áp phải chịu được điện áp và dòng điện định mức, cách điện máy biến áp phải đủ tốt để không bị đánh thủng do hiện tượng quá điện áp của lưới điện. Dây quấn cũng phải chịu được dòng ngắn mạch thường xuyên xảy ra trong giai đoạn nấu chảy. 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 nhiệt : Khi vận hành bình thường cũng như trong trường hợp ngắn mạch, trong thời gian nhất định dây quấn không được nóng uqas nhiệt độ cho phép. Vì lúc đó chất cách điện sẽ bị nóng quá mà chóng hư hỏng hoặc bị già hóa làm cho nó mất tính đàn hồi, hóa giòn và mất tính chất cách điện. 2. Yêu cầu về mặt 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 vẫ đảm bảo được yêu cầu về mặt vận hành. II. Tính toán dây quấn hạ áp : 1. Lựa chọn kết cấu dây quấn : Việc lựa chọn kết cấu dây quấn kiểu này hay kiểu khác phải căn cứ vào yêu cầu về vận hành và chế tạo đề ra trong nhiệm vụ thiết kế. Nhưng yêu cầu chính là đảm bảo được độ bền về các mặt điện, cơ và nhiệt đồng thời chế tạo đơn giản và rẻ tiền. Đối với máy biến áp lò có công suất nhỏ và trung bình nười ta thường quấn dây thành các bánh nhỏ rồi ghép lại với nhau. Có một số ưu điểm như : tản nhiệt tốt, điện kháng lớn. Phần dây quấn hạ áp được sắp xếp như sau : Dây quấn hạ áp quấn thành 24 bánh dây kép tức là 48 bánh đơn, chia thành 3 nhóm và mỗi nhóm có 8 cặp bánh dây kép. Các bánh dây kép có dây dẫn nối song song. 2. Số vòng dây quấn một pha của dây quấn hạ áp : W2 = = = 9,05 vòng Ta chọn W2 = 9 vòng vậy mỗi bánh dây đơn có 4,5 vòng dây. Ta tính lại uv = = = 28,88 V Tính lại mật độ từ cảm thực trong lõi thép : Bt = = = 1,689 T 3. Tiết diện sơ bộ mỗi vòng dây : Ta chọn mật độ dòng điện σ = 2,8 A/ mm2 s2 = = = 1282,035 mm2 Do ta đã chia dây quấn như vậy nên tiết diện cần chọn sẽ là : 4. Chiều cao sơ bộ của 1 bánh dây là : h = = = 32,58 mm Trong đó : l = 780 mm là chiều cao cuộn dây tính theo sơ bộ 5. Chọn kích thước dây : Theo bảng 44-10 trang 603 TL1 ta chọn dây dẫn hình chữ nhật có : a2 = 5,1; b2 = 10,8 a’2 = 5,55; b’2 = 11,25 Ta suy ra tiết diện của mỗi sợi dây là : s’’ = 54,2 mm2 8. Tiết diện thực của mỗi vòng dây : s2 = 3.8.s’’2 = 3.8.54,2 = 1300,8 mm2 9. Mật độ dòng điện thực của dây hạ áp : σ2 = = = 2,76 A/ mm2 10. Chiều cao của dây quấn hạ áp : l2 = 48.b’2 + 47.av2 = 48.11,25 + 47.5 = 775 mm 11. Bề dày dây quấn hạ áp : Δ2 = 4,5.a’2 = 4,5.5,55 ≈ 25 mm 11,25 5 25 Hình 3.1 Bánh dây kép hạ áp 1 2 3 4 5 6 7 8 Hình 3.3 Nối các nhóm trong dây quấn Hình 3.2 Cách nối các cặp bánh dây mỗi nhóm III. Tính toán dây quấn cao áp : Dây quấn cao áp có điện áp trung bình thường được chia thành các bánh dây, số bánh dây chọn sao cho điện áp ở bánh dây vào khoảng 1000÷3000 V. Khi điện áp dây quấn cao người ta thường dùng dây quấn xoắn ốc lien tục, còn điện áp rất cao thì dùng dây quấn nhiều lớp. 1. Số vòng dây quấn cao áp : W1 = W2 = 9 = 761,54 vòng Ta chọn W1 = 762 vòng 2. Số vòng dây của cuộn cao áp ở 1 cấp điều chỉnh : Theo hình 1.7 và bảng điều chỉnh điện áp trang 13 ta sẽ chọn Wđc như sau : = = (1) = (2) Ta lấy (1) chia cho (2) : = => Wđc = .W1 Vậy : Wđc = .762 = 228,6 vòng Ta chọn Wđc = 228 vòng 3. Số vòng dây tương ứng với các đầu phân áp : Đầu số 2-1 : W2-1 = W1 = 762 vòng Đầu số 2-3 : W2-3 = 762 + 228 = 990 vòng Tương tự tính cho các pha còn lại. 4. Sơ bộ tính tiết diện vòng dây : Ta chọn mật độ dòng điện σ1 = 3,3 A/ mm2 Vậy : s1 = = = 12,8 mm2 5. Chọn kích thước dây : Theo bảng 14-10 trang 603 TL1 ta chọn dây dẫn chữ nhật có kích thước sau : a1 = 3,28; b1 = 4,1 a1’ = 3,73; b1’ = 4,55 Khi đó tiết diện mỗi sợi dây là s1’’ = 13 mm2 6. Bố trí dây quấn cao áp : Ta chọn dây quấn xoắn ốc liên tục, quấn thành 81 bánh dây mỗi bánh dây cách đều nhau là av1 = 5mm. Sâu bánh dây đầu và sáu bánh dây cuối cùng chèn thêm bìa để có chiều rộng bằng các bánh còn lại. Dây quấn được sấy, ép và tẩm sơn cách điện để tăng độ bền cơ và điện. 7. Tiết diện thực của mỗi vòng dây : s1 = s1’’ = 14 mm2 8. Mật độ dòng điện thực của dây quấn cao áp : σ1 = = = 3,26 A/mm2 9. Số bánh dây : Theo công thức 3-64 a trang 98 TL2 : nb1 = = ≈ 82 bánh Trong đó : hr = 5mm là chiều cao bánh dây. 10. Số vòng trong mỗi bánh dây : Wb1 = = ≈ 13 vòng 11. Chiều cao của dây quấn cao áp : l1 = 82.b1’ + 81.av1 = 82.4,55 + 81.5 = 778,1 mm Ta đệm thêm một tấm cách cách điện vào dây quấn hạ áp có chiều dày là : 778,1 - 775 = 3,1 mm Sao cho l1 = l2 = 778,1 mm. 12. Bề dày dây quấn cao áp : Δ1 = Wb1.a1’ = 13.3,73 = 48,49 mm Ta chia các bánh như sau : Bánh số 1 đến bánh số 3 loại 13 vòng dây: 3×13 = 39 vòng Bánh số 4 đến bánh số 79 loại 12 vòng dây: 76×12 = 912 vòng Bánh số 80 đến bánh số 82 loại 13 vòng dây: 3×13 = 39 vòng Tổng số 82 bánh : 990 vòng ống bakelit 48,49 cách điện 5 4,55 Hình 3.4 Bố trí bánh dây của dây quấn cao áp. IV. Sắp xếp và tính toán đường kính dây quấn : A. Đối vối dây quấn cao áp : 1. Đường kính trong của dây quấn cao áp : D1’ = Dt + 2.e = 320 + 2.31 = 382 mm Trong đó : e = 31 mm là khoảng cách cách điện từ dây quấn cao áp tới trụ. 2. Đường kính ngoài của dây quấn cao áp : D1’’ = D1’ + 2.Δ1 = 382 + 2.48,49 = 478,98 ≈ 479 mm 3. Khoảng cách giữa hai trụ cạnh nhau : C = D1’’ + Δ12 = 479 + 20 = 499 mm Trong đó : Δ12 là khoảng cách từ cuộn cao áp tới cuộn cao áp tra trong bảng 19 trang 197 TL2. Ø590,6 Ø524 Ø484 Ø474 Ø464 Ø382 Ø338 Ø330 Ø320 Hình 3.5 Các kích thước chính của dây quấn hạ áp, cao áp. 4 3 5 15 30 41 33,3 50 4. Trọng lượng đồng của dây quấn cao áp : Gcu1 = t.π.10-3..Wx4.s1.γcu = 3.π.10-3..990.13.10-6.8900 Gcu1 = 464,743 kg Trong đó : t = 3 là số trụ có dây quấn. γcu = 8900 kg/m3 là tỉ trọng của dây dẫn bằng đồng. B. Đối vối dây quấn hạ áp : 1. Đường kính trong của dây quấn hạ áp : D2’ = D1’’ + 2.Δ = 479 + 2.30 = 539 mm Trong đó : Δ = 30 mm là khoảng cách cách điện từ trụ đến cuộn hạ áp. 2. Đường kính ngoài của dây quấn hạ áp : D2’’ = D2’ + 2.Δ2 = 539 + 2.25 = 589 mm 3. Trọng lượng đồng của dây quấn hạ áp : Gcu2 = t.π.10-3..W2.s2.γcu = 3.π.10-3..9.1300,8.10-6.8900 => Gcu2 = 553,85 kg Trong đó : t = 3 là số trụ có dây quấn. γcu = 8900 kg/m3 là tỉ trọng của dây dẫn bằng đồng. 4. Tổng trọng lương đồng của dây quấn : ΣGcu = Gcu1 + Gcu2 = 464,743 + 553,85 = 1018,594 kg CHƯƠNG 4 : TÍNH TOÁN CÁC THAM SỐ NGẮN MẠCH Tính toán ngắn mạch trong máy biến áp liên quan đến việc tính toán tổn hao ngắn mạch Pn, điện áp ngắn mạch un, các lực cơ học trong dây quấn và sự phát nóng của dây quấn khi ngắn mạch. I. Tổn hao : Tổn hao ngắn mạch của máy biến áp hai dây quấn là tổn hao trong máy biến áp khi ngắn mạch một dây quấn còn dây quấn kia đặt vào 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 tổn hao đồng trong dây quấn hạ áp và cao áp do dòng điện 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 Pf1 và Pf2. Tổn hao chính trong dây dẫn ra Pr1 và Pr2. Tổn hao phụ trong dây dẫn ra Prf1 và Prf2, thường tổn hao này rất nhỏ, có thể bỏ qua. Tổn hao trong vách thùng dầu và các kết cấu kim loại khác Pt do từ thông tản gây nên. Vậy tổn hao ngắn mạch sẽ được tính theo biểu thức : Pn = Pcu1.kf1 + Pcu2.kf2 + Pr1 + Pr2 + Pt. (W) 1. Tổn hao chính ( đồng ) : - Tổn hao trong dây quấn cao áp : Pcu1 = 2,4.σ12.Gcu1 = 2,4.3,262.464,743 = 11853,846 W - Tổn hao trong dây quấn hạ áp : Pcu2 = 2,4.σ22.Gcu2 = 2,4.2,762.553,85 = 10125,62 W 2. Tổn hao phụ trong dây quấn : Tổn hao phụ thường ghép vào tổn hao chính bằng cách nhân thêm hệ số kf vào tổn hao chính : Pcu + Pf = kf.Pcu Do đó việc xác định tổn hao phụ là xác định hệ số kf, trị số này đối 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 dây dẫn trong từ trường tản…. Người ta đã tìm ra biểu thức tính toán kf như sau : kf = 1 + 0,095.108.β2.a4.n2 - Đối với dây quấn cao áp : Trong đó : β = + kr là hệ số Ragovski, tạm thời lấy kr = 0,95. + m = 82 là số thanh dẫn của dây quấn song song với từ thông tản + b = b1 = 4,1 mm + l = l1 = l2 = 778,1 mm + a = a1 = 3,28 mm + n = 13 là số thanh dẫn của dây quấn thẳng góc với từ thông tản. Như vậy : β = = 0,41 kf1 = 1 + 0,095.108.(0,41)2.(3,28.10-3)4.132 = 1,03 - Đối với dây quấn hạ áp : Trong đó : β = + kr là hệ số Ragovski, tạm thời lấy kr = 0,95. + m = 48 là số thanh dẫn của dây quấn song song với từ thông tản + b = b2 = 10,8 mm + l = l1 = l2 = 778,1 mm + a = a2 = 5,1 mm + n = 6 là số thanh dẫn của dây quấn thẳng góc với từ thông tản. Như vậy : β = = 0,63 kf2 = 1 + 0,095.108.(0,63)2.(5,1.10-3)4.62 = 1,091 Vậy tổng tổn hao : Pcu + Pf = kf.Pcu = 1,03.11853,846 + 1,091.10125,62 = 23256,5 W 3. Tổn hao chính trong dây dẫn ra : Theo công thức 4-13 trang 107 TL2 thì biểu thức tính toán cũng tương tự như đối với tổn hao chính trong dây quấn : Pr = 2,4.σ2.Gr (W) Chiều dài dây dẫn theo công thức thực nghiêm khi dây quấn nối hình tam giác : lr1 = lr2 = 14.l = 14.778,1 = 10893,4 mm - Đối với phía cao áp : Trọng lượng đồng của dây dẫn cao áp : Gr1 = lr1.s1.γcu = 10893,4.10-3.13.10-6.8900 = 1,26 kg Tổn hao trong dây dẫn cao áp : Pr1 = 2,4. σ21.Gr1 = 2,4.3,262.1,26 = 32,137 W - Đối với phía hạ áp : Trọng lượng đồng của dây dẫn hạ áp : Gr2 = lr2.s2.γcu = 10893,4.10-3.1300,8.10-6.8900 =126,1 kg Tổn hao trong dây dẫn cao áp : Pr2 = 2,4. σ22.Gr2 = 2,4.2,762.126,1 = 2305,4 W 4. Tổn hao trong thùng dầu và các chi tiết khác : Như ta đã biết, một phần từ thông tản của máy biến áp khép mạch qua vách thùng dầu, các xà ép gông, các bulong và các chi tiết bằng sắt khác.Tổn hao phát sinh trong các bộ phận này chủ yếu là trong vách thùng dầu và có liên quan đến tổn hao ngắn mạch. Tổn hao này khó tính chính xác được, tới nay chưa có phương pháp nào có thể giải quyết vấn đề này một cách đầy đủ. Ta tính theo công thức kinh nghiệm sau : Pt = 10.k.S Trong đó : k = 0,02 chọn theo bảng 40a trang 212 TL2. Pt = 10.0,02.2800 = 560 W 5. Tổng tổn hao ngắn mạch toàn phần : Pn = Pcu1.kf1 + Pcu2.kf2 + Pr1 + Pr2 + Pt = 23256,5 + 32,137+ 2305,4 + 560 = 26274 W Vậy so sánh với số liệu tổn hao ngắn mach đã chọn ban đầu : .100% = 1,05 % II. 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 quấn kia nối ngắn mạch sao cho dòng điện cả hai phía đều bằng các dòng điện định mức tương ứng. Đối với máy biến áp ba dây quấn thì có ba trị số điện áp ngắn mạch, thường là khác nhau. Điện áp ngắn mạch của tất cả của tất cả các máy biến áp đều được quy về nhiệt độ tính toán + 75oC hay + 115oC. 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. Khi tính toán chỉ cho phép sai lệch với un tiêu chuẩn là ± 5 % để đề phòng sau khi chế tạo sai lệch ± 5 % nữa là vừa. un = Trong đó các trị số unr và unx là các thành phần tác dụng và phản kháng của điện áp nhắn mạch. 1. Thành phần điện áp ngắn mạch tác dụng : Đây là thành phần điện áp rơi trên điện trở cuộn cao áp và hạ áp của máy biến áp và được xác định theo công thức 4-22 trang 111 TL2 : unr = = = 0,94 % 2. Thành phần điện áp ngắn mạch phản kháng : Theo công thức tính thành phần điện áp ngắn mạch phản kháng của Kehse ( Rogowski ) : unx = (2,53 ÷ 2,56)..() % = 2,56..(+30).10-6 = 6,7 % Trong đó : ds = = ≈ 510 mm Δ = 30 mm là khoảng cách từ cuộn hạ áp tới cuộn cao áp. f = 50 Hz l1 = 778,1 mm w2-3 = 990 vòng Δ1 = 48,49 mm; Δ2 = 25 mm 3. Điện áp ngắn mạch toàn phần : un = = ≈ 6,8 % Sai lệch so với điện áp ngắn mạch đã chọn ban đầu là : Δun = = 2 % Sai lệch này không vượt quá 5% ta có thể chấp nhận được, do đó dây quấn thiết kế đảm bảo yêu cầu tiêu chuẩn về điện áp ngắn mạch. III. Tính lực cơ học khi ngắn mạch : Khi máy biến áp bị sự cố ngắn mạch thì dòng điện ngắn mạch sẽ rất lớn. Nhưng vấn đề nhiệt đối với máy biến áp không quan trọng lắm vì nếu bố trí thiết bị bảo vệ tốt, máy ngắt tự động sẽ cắt phần sự cố ra khỏi lưới điện, do đó vấn đề còn lại chủ yếu là lực cơ học gây nên tác dụng nguy hiểm đối với dây quấn máy biến áp. Bởi vậy để đảm bảo cho máy biến áp làm việc an toàn, khi thiết kế phải xét tới những lực cơ học tác dụng lên dây quấn khi ngắn mạch xem độ bền của dây quấn máy biến áp có đủ hay không. Do đó : Phải xác định trị số cực đại của dòng điện ngắn mạch. Xác định lực cơ học giữa các dây quấn. Tính ứng suất cơ của các đệm cách điện giữa các dây quấn và bản thân dây quấn. 1. Dòng điện ngắn mạch cực đại : a. Trị số hiệu dụng của dòng điện ngắn mạch xác lập : Theo công thức tính dòng ngắn mạch 5-11 trang 32 TL1 ta có : In = A Trong đó : Σun = un + un (mạng) + un (cuộn kháng) un (mạng) = 12% tra theo bảng 1.2 un (cuộn kháng) = 15% tra theo bảng 1.2 Vậy tổng điện áp ngắn mạch là : Σun = 6,8 + 12 + 15 = 33,8 % - Phía cao áp : In1 = = = 125,512 A - Phía hạ áp : In2 = = = 10620,414 A b. Trị số cực đại của dòng điện ngắn mạch : Theo công thức 5-12 trang 33 sách TL1 ta có : Iko = 1,8..In (A) - Phía cao áp : Iko1 = 1,8..In1 = 1,8.. 125,512 = 319,5 A - Phía hạ áp : Iko2 = 1,8..In2 = 1,8.. 10620,414 = 27035,12 A c. Lực hướng kính : Theo công thức 4-34 trang 117 TL2 : Fr = 0,628.(iko1.W1)2.β.kr.10-6 = 0,628.( 319,5.762)2.1,8.0.95.10-6 = 63651,32 N Trong đó : kr = 0,95 d. Ứng suất nén trong dây quấn hạ áp : Theo công thức 4-38 và 4-39 trang 118 TL2 ta có : σnr2 = = 0,865 MPa Trong đó : s2 = 1300,8 mm2 W2 = 9 vòng Fr = 63651,32 N e. Ứng suất nén trong dây quấn cao áp : σnr2 = = 1,02 MPa Trong đó : s1 = 14 mm2 W1 = 762 vòng Fr = 63651,32 N 2. Tính lực tác dụng lên dây quấn : Theo công thức 8-7 trang 53 TL1 ta có : Ftrục = 6,4.(iko1.W1)2 ..10-8 kg Trong đó : dtr = = = 510 mm l = 778,1 mm Vậy : Ftrục = 6,4.(319,5.762)2 ..10-8 = 7811,173 kg Bố trí 9 căn ngăn nằm cách đều giữa các galet, chiều rộng mỗi căn ngăn là 4 cm,vậy ứng suất tác dụng lên căn ngăn theo công thức 8-22 trang 59 TL1 : σn = = = 44,746 kg/cm2 Trong đó : nn = 9 số căn ngăn đặt theo chu vi dây quấn. bn = 4 cm là chiều rộng căn ngăn Δ1 = 48,49 mm Ta thấy giá trị ứng suất này đạt yêu cầu. CHƯƠNG 5 : TÍNH TOÁN VỀ HỆ THỐNG MẠCH TỪ Sau khi xác định được kich thước và trọng lượng của dây quấn sao cho về tính năng un và Pn đạt yêu cầu, ta tiến hành tính toán cuối cùng về mạch từ để xác định các kích thước cụ thể của các bậc thang trụ sắt, gông từ, chiều cao trụ, trọng lượng của lõi sắt..sau đó tính toán dòng điện không tải, tổn hao không tải và hiệu suất của máy biến áp. 1. Ta chọn kết cấu lõi thép kiểu ba pha ba trụ, lá thép ghép xen kẽ làm bằng tôn cán lạnh có mã hiệu 3408 dày 0,35 mm. Trụ được ép bằng đai vải thủy tinh không dùng bu lông và không có tấm sắt đệm. Gông ép bằng xà ép gông. Tiết diện trụ có 9 bậc, gông có 7 bậc. Hình 5.1 Các kich thước mạch từ của máy biến áp Kích thước các tập lá thép cho trong bảng dưới đây : Cấp thứ Trụ at x bt( mm ) Gông ag x bg ( mm ) 1 310 x 40 310 x 40 2 295 x 22 295 x 22 3 270 x 24 270 x 24 4 250 x 14 250 x 14 5 230 x 11 230 x 11 6 215 x 7 215 x 7 7 195 x 8 195 x 8 8 155 x 12 - 9 135 x 5 - 2. Tổng chiều dày các lá thép của tiết diện trụ : Dt = 2.Σbt = 2.(40 + 22 + 24 + 14 + 11 + 7 + 8 + 12 + 5) = 286 mm 3. Toàn bộ tiết diện bậc thang của trụ : Tra theo bảng 42b trang 217 TL2, đối với máy biến áp có đường kính trụ = 320 mm = 0,32 m thì : sbt = 746,2 cm2 4. Toàn bộ tiết diện bậc thang của gông : Tra theo bảng 42b trang 217 sách TKMBAĐL, đối với máy biến áp có đường kính trụ = 320 mm = 0,32 m thì : sbg = 762,4 cm2 5. Thể tích 1 góc của mạch từ : Tra theo bảng 42b trang 217 TL2, đối với máy biến áp có đường kính trụ = 320 mm = 0,32 m thì : V0 = 20144 cm3 6. Tiết diện hữu hiệu của trụ : st = kd.sbt = 0,97.746,2.10-4 = 0,0724 m2 Trong đó : kd = 0,97 là hệ số điền đầy 7. Thể tích thuần sắt của 1 góc mạch từ : V0’ = kd.V0 = 0,97.20144.10-6 =0,01954 m3 8. Chiều cao trụ sắt : lt = l + 2.d = 778,1 + 2.45 = 868,1 mm Trong đó : d = 45 mm là khoảng cách từ dây quấn cao áp tới gông. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Ø 310 135 155 195 215 230 250 270 290 310 5 12 5 8 7 11 14 24 22 40 Hình 5.2 Mặt cắt tiết diện lõi thép 9. Khoảng cách giữa hai tâm trụ đặt cạnh nhau : C = D’2 + c = 539 + 22 = 561 mm Trong đó : c = 22 mm là khoảng cách giữa hai bối dây đặt cạnh nhau. 10. Trọng lượng sắt một góc mạch từ : Theo công thức 5-10 trang 127 TL2 : G0 = γ.V’0 = 7650.0,01954 = 149,48 kg 11. Trọng lượng sắt gông : Theo công thức 5-14 trang 127 TL2 : Gt = 2.(t-1).C.sg.γ + 2.G0  = 2.(3-1).561.10-3.762,4.10-4.7650 + 2.149,48 = 1607,74 kg Trong đó : t = 3 là số trụ γ = 7650 la tỷ trọng thép máy biến áp 12. Trọng lượng sắt của trụ : Theo công thức 5-15 trang 127 TL2 : Gg = t.st.lt. γ + t.(st.a1g.γ. – G0) = 3.0.0724.868,1.10-3.7650 + 3.(0,0724.0,31.7650 – 149,48) kg => Gg = 1509,0674 kg Trong đó : a1g = 0,31 là chiều rộng của tập lá thép trụ ở mối nối. 13. Trọng lượng toàn bộ trụ và gông : GΣ = Gg + Gt = 1509,0674 + 1607,74 = 3116,8074 kg CHƯƠNG 6 : TÍNH TỔN HAO VÀ DÒNG ĐIỆN KHÔNG TẢI Khi cấp điện áp xoay chiều có tần số định mức vào cuộn dây sơ cấp và các cuộn dây khác hở mạch gọi là chế độ không tải. Tổn hao ứng với chế độ đó gọi là tổn hao không tải. Tổn hao không tải của máy biến áp bao gồm : tổn hao trong lá thép silic, tổn hao trong vỏ máy và các chi tiết bằng sắt khác, tổn hao đồng trong dây quấn do dòng điện không tải I0 gây ra, tổn hao do dòng điện rò trong các chất cách điện. Trong các máy biến áp làm việc với tần số công nghiệp thì tổn hao trong chất cách điện không đáng kể, tổn hao đồng lúc không tải ở dây quấn sơ cấp cũng rất nhỏ có thể bỏ qua. Tổn hao trong vỏ máy đã tính gộp vào trong tổn hao phụ nên không cần xét đến. Do đó chỉ còn lại tính tổn hao trong lá thép silic. 1. Tổn hao không tải : Bao gồm hai phần là : tổn hao trong trụ sắt và tổn hao trong gông từ. a. Mật độ từ cảm trong trụ : Bt = = = 1,72 T b. Mật độ từ cảm trong gông : Bg = = = 1,65 T Tra bảng 44-8 trang 599 TL1 ta có : - Trụ : Bt = 1,72 T ta có pt = 1,320 W/kg - Gông : Bg = 1,65 T ta có pg = 1,139 W/kg c. Tổn hao không tải được tính theo công thức 5-18 trang 128 TL2 : P0 = kf.(pt.Gt + pg.Gg) Trong đó : kf là hệ số tổn hao phụ xét đén các yếu tố như Bt, Bg phân bố không đồng đều hoặc do công nghệ chế tạo các lá thép có bavia hay sắp xếp không cùng chiều làm cho P0 tăng lên. Tra bảng 43 trang 218 TL2 ta chọn kf = 1,02. Vậy : P0 = 1,02.( 1,320.1607,74 + 1,139.1509,0674) = 3904 W d. Sai lệch so với số liệu dã chọn ban đầu là : ΔP = .100% = 5,5 % Ta thấy tổn hao không tải của máy biến áp lớn hơn 1 chút so với yêu cầu nhưng ta vẫn có thể chấp nhận được. 2. Công suất từ hóa không tải : Công suất từ hóa gồm ba phần : trong gông, trong trụ và trong khe hở không khí. Theo công thức 4-10 trang 27 TL1 ta có : Q0 = k’f.k’’f.(qt.Gt+qg.Gg+qδs.nm.st) Trong đó : k’f.k’’f = kb = 2,1 tra theo bảng 4-1a trang 27 TL1 k’f là hệ số kể đến việc phục hồi từ tính không hoàn toàn. k’’f là hệ số kể đến tổn hao phần góc lõi thép. Theo bảng 44-8 trang 599 TL1 ta có : qt = 2,24 VAr/kg ứng với Bt = 1,72 T qg = 1,615 VAr/kg ứng với Bg = 1,65 T qδs là công suất từ hóa 1m2 ở khe hở không khí theo công thức 4-9b và mối ghép xiên ,xen kẽ lá thép với nhau. Với f = 50 Hz, kδ = 0,83 và δ = 0,6.10-4 m. Ta có : qδs = 6225.Bt2 VAr/kg Với máy biến áp 3 pha 3 trụ thì : nm = Vậy : Q0 = 2,1.(2,24.1607,74 + 1,615.1509,067 + 6225.1.722..0,0724) Q0 = 17263,435 VAr. 3. Dòng điện không tải : a. Dòng điện không tải phản kháng : i0x = = = 0,62 % b. Dòng điện không tải tác dụng : i0r = = = 0,139 % c. Dòng điện không tải toàn phần : i0 = = = 0,64 % 4. Hiệu suất của máy biến áp : η = (1 - ).100% = (1 - ).100% = 98,93 % CHƯƠNG 7 : TÍNH TOÁN NHIỆT CỦA MÁY BIẾN ÁP I. Đại cương : Máy biến áp có thể làm mát bằng thông gió tự nhiên, ngâm dầu, ngâm dầu có quạt gió, hoặc ngâm dầu có bơm dầu cưỡng bức qua nước làm nguội. Tiêu chuẩn Việt Nam 6306-2-1997 quy định dùng 4 nhóm chữ cái đẻ chỉ cách làm nguội máy biến áp. Chữ thứ nhất chỉ tác nhân làm nguội bên trong, nơi tiếp xúc với dây quấn và lõi sắt. Chữ thứ hai chỉ cơ cấu tuần hoàn đối với tác nhân làm mát bên trong. Chữ thứ ba chỉ tác nhân làm mát bên ngoài. Chữ thứ tư chỉ cơ cấu tuần hoàn đối với tác nhân làm nguội bên ngoài. Tính toán nhiệt của máy biến áp là tính toán về nhiệt ở trạng thái làm việc dài hạn với tải định mức. Đó là trạng thái xác lập, trong quá trình này toàn bộ nhiệt sinh ra được khuếch tán ra ngoài môi trường. Đường khuếch tán của dòng nhiệt có thể phân ra làm các giai đoạn sau : Từ trong lòng dây quấn hay lõi sắt ra ngoài mặt tiếp xúc với dầu bằng truyền dẫn. Quá độ từ mặt ngoài dây quấn hay lõi sắt vào dầu. Từ dầu ở mặt ngoài dây quấn hay lõi sắt truyền tới mặt trong thùng dầu bằng đối lưu. Quá độ truyền từ dầu vào vách thùng dầu. Cuối cùng là nhiệt từ vách thùng truyền ra không khí xung quanh bằng bức xạ và đối lưu. Qua quá trình truyền đó thì nhiệt độ giảm dần , nghĩa là nó gây lên một lượng giảm nhiệt độ, kết quả là so với môi trường không khí xung quanh thì các bộ phận trong máy biến áp có một nhiệt độ chênh nào đó. Trị số dòng nhiệt càng lớn thì nhiệt độ chênh càng lớn. Nói chung tính toán nhiệt máy biến áp gồm các phần sau đây : Tính nhiệt độ chênh qua từng phần. Chọn kích thước thùng dầu đảm bảo tỏa nhiệt tốt nghĩa là làm cho nhiệt độ dây quấn , lõi sắt và dầu không quá mức quy định. Kiểm tra nhiệt độ chênh của dây quấn , lõi sắt và dầu đối với không khí. II. Tính nhiệt độ chênh qua từng phần : 1. Tính toán nhiệt độ chênh của dây quấn : Theo công thức 6-1 trang 138 TL2 : θ0 = a. Nhiệt độ chênh của dây quấn hạ áp : θ02 = Trong đó : δ2 = 0,45.10-3 m là chiều dày cách điện một phía của dây quấn hạ áp. λcd2 = 0,17 W/moC tra theo bảnh 54 trang 227 TL2 q2 là mật độ dòng điện tính theo công thức : q2 = W/m2 Với kf2 = 1,02 là hệ số tính đến tổn hao phụ của dây quấn hạ áp. Pcu2 = 10274,62 W là tổn hao đồng trong dây quấn hạ áp. M2 = 2.t.k.π.(D’2 + Δ2).nb2.( Δ2 + b’2) = 2.3.0,75.π.(539 + 25).10-3.48.(25 + 11,25).10-3 => M2 = 13,8736 m2 Thay số vào tính q2 ta có : q2 = = 774,638 W/m2 Vậy nhiệt độ chênh của dây quấn hạ áp là : θ02 = = 1,97 oC b. Nhiệt độ chênh của dây quấn cao áp : θ01 = Trong đó : δ1 = 0,45.10-3 m là chiều dày cách điện một phía của dây quấn cao áp. λcd1 = 0,17 W/moC tra theo bảnh 54 trang 227 TL2 q1