Đồ án Thiết kế máy biến áp mạch từ không gian

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. l o l o a12 d12 d a22 ao1a2a1 l C 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. 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 β để chỉ quan hệ giữa đường kính trung bình của các dây quấn 12d với chiều cao l của dây quấn gọi là tỷ số kích thước cơ bản l d12.πβ = 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: )(50),(80 21 kVUkVU tt == 12a - 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: )(5),(28 1212 mmmma == δ 12δ - là bề dày lớp cách điện ở giữa rãnh dầu, dùng ống cách điện bakelit 3 21 aa + là một kích thước dài phụ thuộc vào công suất máy biến áp, gần đúng có thể xem 24 '21 10. 3 −=+ Skaa 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 )(33)(033,010.250047,010. 3 2424 '21 mmmSkaa ====+ −− - Chiều rộng qui đổi từ trường tản )(613328 3 21 12 mm aaaar =+=++= - Hệ số qui đổi từ trường tản: rk 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 95,0=rk 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 tB =(1,55- 1,65)T chọn TBt 62,1= , hệ số gk 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 TB g 585,1022,1 62,1 == Mật độ từ thông trong khe hở không khí TBB tk 141,12 == . Suất tổn hao sắt trong trụ và gông: TBt 62,1= tra bảng V14 trang 617 tài liệu TKMĐ ta có: )/(353,1 KgWPt = TBg 585,1= tra bảng ta có với TBg 56,1= )/(207,1 KgWPg = , TBg 58,1= , )/(251,1 KgWPg = . Dùng phương pháp nội suy ta có: yt= 12 1221 .. XX XYXY − − + txxx yy 12 12 − − > 262,1585,1 56,158,1 207,1251,1 56,158,1 56,1.251,158,1.207,1 =− −+− −=gP (W/kg) Suất từ hóa q của tôn cán lạnh 3404 tra bảng tr617 )/(958,1,62,1 kgVAqTB tt == , TBg 585,1= tra bảng với TqTBkgVAqTB 775,1,60,1);/(675,1,58,1 2211 ==== , dùng phương pháp nội suy ta có: yt=y1+ )( 1 12 12 xx xx yy t −− − )/(7,1)58,1585,1( 58,160,1 675,1775,1675,1 kgVAqg =−− −+= 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: )(05,0501 cmx=δ ; )(131 mmad = ;d01=23mm;l01=45mm - Giữa dây quấn cao áp và gông )(2 mmd =δ - Ống cách điện giữa dây quấn cao áp và hạ áp )(612 mm=δ -Giữa cuộn CA và cuộn HA )(2712 mma = - Giữa các dây quấn cao áp )(3022 mma = - Tấm chắn giữa các pha(giữa hai cuộn cao áp) a22=30mm; )(322 mm=δ - Phần đầu thừa của ống cách điện )(50 mmld = 2.3.2.5. Tính các hệ số a. Hệ số lợi dung lõi thép: kld=kc.kđ, kđ= b t T T 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= 4 2d T T T b tr b π= 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. 849,0913,0.93,0 ==ldk Từ Sp ta tra ra được a=1,4; b=0,26; fk =0,81; 6,13,1 ÷=β ;ta thiết kế dạng máy với gông hình thang nhiều bậc nên có e= 0,411;chọn β =1,5 A= 04,34 849,0.62,1.48,7.50 95,0.1,6.250016 . 16 4 224 22 . ' == ldtnx rr kBfu kaS A1=5,663.10-2.a.A3kld= )(265504,34.849,0.4,1.10.663,5 32 kg=− A2=3,6.10-2A2.kld.lo= 6,2655,7.849,0.04,34.10.6,3 22 =− (kg) B1=2,4.10-2kg.kld.A3(a+b+e) = 1701)411,026,04,1(04,34.849,0.022,110.4,2 32 =++− (kg) B2 = 2,4.10 -2.kg.kld.A2(a12+a22)= 54,137)0,37,2(04,34.849,0.022,110.4,2 22 =+− (kg) === 222 2 2 222 2 1 04,34.56,0.62,1.849,0.84,0 4,1.750010.46,2 ... . . AuBkk aS KC nrTldf p dq 3637(kg) -Kn= 66,33)1( 5,7 10041,1)1(10041,1 48,7 56,0 =+=+ −− ππ ee u nx nr u u n -M=0,2453.10 4− k aA Pkk nRfn . 2 =0,2453.10 4− 19,353 4,1.66,37 420095,0.81,02 =18,85 Mpa B= 158,0 1701 54,1376,265 3 2 3 2 1 22 =+=+ B BA -Tỷ lệ giữa giá đồng PBV và thép 3404 là kFeCu=2,21 -C= 52,0 1701.3 2655 3 1 1 == B A -D= 339,306,1.21,2. 1701 3637 3 2. 3 2 1 1 ==cdFeCu kkB C -Ta có đẳng thức : x 5 + Bx 4 -Cx-D= x 5 + 0,158x 4 -0,52x-3,339 =0 Khi 6,13,1 ÷=β thì hàm trên đạt cực tiểu tại 3,1=β -Ứng với mật độ dòng điện Jvà lực điện động cho phép , tìm ra khoảng cách hạn chế của β Có x 28,2 42000.81,0 3637.4,25,44,25,4 1 ==≤ nf j Pk C 2728,2 44 === jj xβ x 47,1 85,18 6060 33 ==≤ Mσ 68,447,1 44 === σσβ x -Trọng lượng tôn silíc ở các góc của gông ; Gg=0,493.10 2− . 493,033 =xAkk gl .1,022.0,849.10 2− .34,04 3 .x 3 = 168,7x 3 - 21x CGdq = )(36372 kgx= 2.3.2.6. Tiết diện trụ: sơ bộ tính theo công thức === 2222 66,37.849,0.785,0...785,0 xxAkT ldt 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 578,1691,1)262,1353,1(25,1)..( GgGGgGpGgGpkP ttgtTpfo +=+=+= )/(353,1 KgWPt = , 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 )('' kfcf QQQ ++ Qc= GTGGTT GGGqGq 7,1958,1 +=+ Qf=40q gggT GGG 32,78958,1.40. == Q 22 25,2360956,0.25,772.2,3..2,3 XXSq TkK === lấy k 25,1,, =f Q o =k )('' kfcf QQQ ++ =2,448G T +2,125G G +97,9G g +295,3X 2 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 4 33 β=x xxA /2655/1 = 22 2 6,265 xxA = 2 21 )/( xAxAGT += 33 1 1701 xxB = 22 2 54,137 xxB = 2 2 3 1 xBxBGG += TGFe GGG += 37,168 xG g = 578,1691,10 GgGP t += 295,3X+ 97,9G+ 2,125G+ 2,448GQ 2 g GT0 = 7500/Q 10/Qi 0 0ox = = pS 2 2 1 /3637 / x xCGdq = = dqCu GG 66,1= CuCuCu GGK 21,2Fe = CuCuFetd GKGC Fe ' += 4 β=x dadd 4,112 == xxAd 04,34. == xMxcp 85.18 3 ==σ dq dqdq nf G GKG Pk J /119 4,2 42000.81,0 = == β 4 22 β=x 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= S po .10 % - Dòng điện không tải phản kháng i0x= S Q .10 0 % - Dòng điện không tải toàn phần io = xor ii 022 + % Vẽ đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa GFe=f(β ): 4800 4850 4900 4950 5000 5050 5100 5150 5200 1.3 1.4 1.5 1.6 beta trọ ng lư ợ ng s ắt Series1 Đồ thị biểu diển mối quan hệ : Po=f(β ) Đồ thị biểu diễn mối quan hệ io=f( β ) Đồ thị biểu diễn mối quan hệ Ct’=f( β ) 7900 8000 8100 8200 8300 8400 8500 1.3 1.4 1.5 1.6 bê ta tổ n ha o ko tả i Series1 3.8 4 4.2 4.4 4.6 4.8 1.3 1.4 1.5 1.6 Bêta Dò ng I0 x Series1 15000 15500 16000 16500 17000 1.3 1.4 1.5 1.6 Bêta G iá th àn h Series1 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 β , GFe, Gdq, po, io, Ctd’=f(β ).Từ đồ thị ta chọn được β để Ctd’ tác dụng đạt min Vậy ta chọn 6,1=β Từ đó suy ra đường kính trụ sắt lõi thép: 44 6,104,34== βAd =38,28(cm) d12=1,4.38,28=53,59cm - Chiều cao cuộn dây l= == 6,1 5359,0.. 12 π β π d 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: )( 2mIs tb t Δ= (3-1) tbΔ : mật độ dòng điện trung bình trong dây quấn được xác định theo biểu thức: tbΔ = )/(10.. . ..746,0 24 12 mA dS upk vnf 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 là σ cp=26,82 Mpa, Tổn hao không tải Po=8440,1W Ta có số vòng dây của một pha dây quấn hạ áp w2= v f u U 2 = = 13,35 12700 361,5(vòng) ta chọn w2 là 362vòng Tính lại điện áp của một vòng dây uv= 2 2 w U f = = 362 12700 35,08(V) tbΔ = 59,53.7500 08,35.42000 84,0.746,0. . . ..746,0 12 = dS up k vnf =2,3(A/mm 2) Tiết diện sơ bộ vòng dây: s2’= 3,2 83,1962 =Δ=Δ tb f tb t II =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) Æ105=0,51(wl2+1)+1Æwl2=203 - Chiều cao hướng trục mỗi vòng dây: kể cả cách điện, sơ bộ có thể tính hv2= 1203 105 12 2 +=+wl l =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 2 2 s I f=Δ = 82,84 83,196 =2,32(A/mm2) -Số lớp dây:n=362/203=1,78 vây ta quấn thành 2lớp, mỗi lớp có 181vòng a01 D'' 2 D'2 d bb'h a21 a2 a a' - 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: 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.π (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. π (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 63 22 2 2 2 ' 3 22 2 '' 2 ' 2 10.82,84.626 2 40328,03874,0 3.10.28 2 ..10.28.. 2 −+= +=+= swDDtswDDtG CuCu γπ =>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 22 35 362 2 1 = f f U U =576(vòng ) - Sơ bộ chọn mật độ dòng điện: theo công thức 3-30 tài liệu 1 21 .2 Δ−Δ=Δ tb =2. 2,3-2,32=2,28(A/mm2) D''2 D''1 D'1 D'2 d a11a21 a01 a 12a2 a 1 - Sơ bộ chọn tiết diện dây dẫn s1’= 1 1 Δ fI = 28,2 72,123 =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.δ =3.2=6 (mm), chỉ dùng một sợi dây n=1 - Mật độ dòng điện thực 1 1 1 s I f=Δ = 62,54 72,123 =2,265(A/mm2) - Số vòng dây trong một lớp: theo công thức 13-44a tài liệu 1 l1=lv1(wl1+1)+1Æ105=0,328(wl1+1)+1Æwl1=316vòng -Số lớp dây cuộn cao áp:n= 316 576 =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, 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 12,0=δ 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 5 11 1 '' 1 ' 3 11 2 '' 1 ' 1 10.62,54.576 2 988,58728,45 3.28 2 ..10.28.. 2 −+= +=+= swDDtswDDtG CuCu γπ =>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 a11 vành đệm bằng cách điện a1 M1=1,5.t.k. (π D1’+D1’’)l1= =1,5.3.0,88.π (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 22Δ GCu2=2,4.2,322. 1763,3=22777,89(W) - Tổn hao trong dây quấn cao áp pCu1=2,4 12Δ GCu1=2,4. 2,2652. 1383,68=17036,62(W) B l m dây dẫn n a φδ b n dây dẫn k 2 1 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 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. 2β a4.(n2-0,2), trong đó β = rkl mb .. , 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 95,0 394 39.6,8=β =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. 2β a4.(n2-0,2)=1+0,095(0,85127)2.6,54(22-0,2).10-4= 1,0467 l φδ m dây dẫn n dây dẫn - Dây quấn cao áp 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 2β d4.n2 trong đó rkl md ..=β , d=1,56 mm là đường kính dây dẫn tròn, m=200 95,0. 394 200.56,1.. == rkl mdβ =0,7523 kf1=1+0,044.108 2β 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. 22Δ .Gr2 (W) 2Δ =2,32(A/mm2) lấy bằng mật độ dòng điện trong dây dẫn hạ áp Gr2=lr2.sr2.γ (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, γ = 8900 (kg/m3) trọng lượng riêng của đồng Gr2=lr2.sr2.γ = 705. 84,82. 8900.10-8= 5,322(kg) pr2=2,4. 22Δ .Gr2=2,4.2,322. 5,322=68,75(W) - Đối với dây quấn cao áp pr1=2,4. 12Δ .Gr1 (W) 1Δ =2,265 (A/mm2) lấy bằng mật độ dòng điện trong dây dẫn cao áp Gr1=lr1.sr1.γ (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 , γ = 8900 (kg/m3) trọng lượng riêng của đồng Gr1=lr1.sr1.γ = 705. 54,62. 8900.10-8=3,427 (kg) pr1=2,4. 12Δ .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 100. 42000 4200082,42427 −=−=Δ ntc ntcndm n p ppp =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