Đồ án Thiết kế máy biến áp ngâm dầu

k=1,03.1,03=1,06 Sau khi tính được trọng lượng sắt và dây quấn ta có thể tính được giá thành vật liệu nói chung là Trong đó: cFe, cdq tương ứng là giá 1kg sắt làm lõi và kim loại làm dây quấn biến áp Thông thường để dễ so sánh các phương án tính toán khác nhau, người ta biểu diển giá thành theo đơn vị qui ước, với cách chọn giá thành 1kg sắt làm đơn vị ,như vậy giá thành vật liệu tác dụng máy biến áp sẽ là trong đó kdqFe= là hệ số phụ thuộc vào vật liệu làm lõi sắt và kim loại làm dây quấn .Với dây quấn đồng tra bảng 16 trang 192 tài liệu 1 ta chọn kdqFe=1.825 2.3.2.5. Tính các hệ số a. Hệ số lợi dung lõi thép: kld=kc.kđ, kđ= trong đó Tt(hay Tg) là tiết thuần thép hay tiết diện tác dụng của trụ hay gông, Tg là tiết diện tác dụng toàn bộ hình bậc thang của trụ hay gông tra ở bảng 10 tài liệu 1 ta có kđ=0,945 Kc= trong đó chọn so bộ bang 4 trang 186 tài liệu 1 kc=0,928, Tb là tiết diện hình bậc thang đã kể đến các chi tiết chiếm chỗ như đệm cách điện đai ép lỗ bắt gông. A= A1=5,663.104.a.A3kld= A2=3,605.104A2.kld.lo=(kg) B1=3,6.104kg.kld.A3(a+b)=(kg) Trong đó K hệ số tăng cường gông mạch từ nằm trong khoảng 1.015-1.025 Chon K=1.015 B2=3.6.104.kg.kld.A2(a12+a22)= (kg) - 336,48kg) - 2.3.2.6. Tiết diện trụ: sơ bộ tính theo công thức 0,0206.x2(m2) 2.3.2.7. Tiết diện khe hở không khí: mối nối chéo Tk’=Tt .=0,2913x2 2.3.2.8. Tổn hao không tải: xác định theo công thức (2-8) Với kpf hệ số kể đến ảnh hưởng của các tổn hao phụ tra ở bảng 48 tài liệu 1 ta có kpf =1.13, , pg=1,07(W/kg) Kpo hệ số gia tăng tổn hao công suất góc nối kpo =9.1 tra bang 47 trang 218 tài liệu 1 Thay số vào ta được po=1,338Gt+1,2091Gg+3.383 G0 2.3.2.9. Công suất từ hóa: theo công thức 5-31 tài liệu 1 Q=+ +6. ”.. T’ Trong đó hệ số ’ đối với thép MX4 có ủ sau khi cắt dập là 1.13, Ứng máy có công suất từ 400 đến 630 có ”=1.06 qt= 1.976, qg =1.479 , tra bang 53 ta co =27.95 Ứng với B= B/=1.15966 Ta có B=1.1, q=1900 ; B=1.2, q=3700 Dùng phương pháp nội suy ta có yt=y1+ >(W/kg) 2.3.2.10. Trọng lượng sắt góc nối mạch từ = =22.437x 2.3.2.11. Dòng điện không tải - Dòng điện không tải tác dụng ior=% - Dòng điện không tải phản kháng i0x=% - Dòng điện không tải toàn phần io =% Đồ thị biểu diễn quan hệ : Gfe=F(β) 1.2 1.4 1.55 1.7497 1.8 2 2.4 2.6 2.8 663.6178 689.0189 708.4214 734.4772 741.0595 767.2451 819.4088 845.2839 870.9835 Đồ thị biểu diễn quan hệ :P0=f(β) 1.2 1.4 1.55 1.7497 1.8 2 2.4 2.6 2.8 927.6376 968.685 999.7504 1041.198 1051.631 1093.009 1174.998 1215.508 1255.666 Đồ thị biểu diễn quan hệ Ctd =f(β) 1.2 1.4 1.55 1.7497 1.8 2 2.4 2.6 2.8 1257.819 1239.143 1231.249 1226.565 1226.223 1227.512 1239.573 1248.964 1259.98 Đồ thị biểu diễn quan hệ : I0=f(β) 1.2 1.4 1.55 1.7497 1.8 2 2.4 2.6 2.8 1.046855 1.130647 1.191349 1.269678 1.289 1.364355 1.508847 1.578406 1.646398 2.3.2.12. Lựa chọn phương án Theo bảng đã tính và đồ thị đã vẽ thì các đại lượng được quan tâm theo , GFe, Gdq, po, io, Ctd’=f() Với giới hạn po=1000(w) đã cho ta tìm được trên đồ thi po=f( )tri số , với io=2% ta tìm được trên đồ thị io=f() mọi trị số thỏa mãn .Trên đồ thị Ctd=f() cho trị số ứng với Ctd=f() --> min nếu Ctd không vượt quá 1% so với giá trị Ctdmin thì biến thiên trong một giải khá rộng từ 1,41-2,37. Vậy ta chọn Từ đó suy ra đường kính trụ sắt lõi thép: =0,194(m) - Để đảm bảo hệ số điền đầy, tiêu chuẩn các tập lá thép trong trụ ta phải chọn đường kính trụ theo tiêu chuẩn theo bảng ta chọn d=0,2(m). Sau khi chọn đường kính trụ theo tiêu chuẩn ta tính lại trị số . Khi đó trị số này nằm trong giới hạn Ctd và I0 cho phép. Đồng thời P0=1041 , sai lệch tổn hao không tải = Theo quy định tổn hao không tải không vượt quá 7,5% so với tổn hao tiêu chuẩn vậy với =1.75 thỏa man yêu cầu về P0. Vậy =1.75 thỏa mãn yêu cầu P0, Ctd,I0 . Chọn =1.75 - Trị số trung bình sơ bộ của rãnh dầu d12=a.d=1,33.0,2=0,266(m) - Chiều cao cuộn dây l=0,4774(m) -Tiết diện hữu hiệu của trụ thuần sắt Tt=kđ.Tb=0,945.0,0288=0,0272(m), trong đó Tb =0,0288 tra theo bảng 42 tài liệu 1 Những đại lượng trên chỉ là tính toán sơ bộ nhưng rất cần thiết cho những tính toán về sau và chúng được tính lại sau khi máy biến áp đã được thiết kế cụ thể CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN DÂY QUẤN MÁY BIẾN ÁP 3.1. CÁC YÊU CẦU CHUNG ĐỐI VỚI DÂY QUẤN Yêu cầu chung về dây quấn có thể chia thành hai loại yêu cầu sau đây: yêu cầu về vận hành và yêu cầu về chế tạo. 3.1.1. Yêu cầu về vận hành Có thể chia thành yêu cầu về mặt điện và mặt cơ a) Về mặt điện Khi vận hành dây quấn máy biến áp có điện áp, do đó cách điện của máy biến áp phải tốt, nghĩa là phải chịu được điện áp làm việc bình thường và quá điện áp do đóng cắt mạch trong lưới điện hay do quá điện áp thiên nhiên gây nên. Quá điện áp do đóng cắt với điện áp làm việc bình thường, thường chủ yếu là đối với cách điện chính của máy biến áp, tức là cách điện giữa các dây quấn với nhau và giữa dây quấn với vỏ máy. Còn quá điện áp do sét đánh lên đường dây thường ảnh hưởng cách điện dọc của máy biến áp. Tức là giữa các vòng dây, lớp dây hay giữa các bánh dây của từng dây quấn. b) Về mặt cơ học Dây quấn không bị biến dạng hoặc hư hỏng dưới tác dụng của lực cơ học do dòng điện ngắn mạch gây nên. c) Về mặt chịu nhiệt Khi vận hành bình thường cũng như trong trường hợp ngắn mạch, trong một thời gian nhất định, dây quấn không được nóng quá nhiệt độ cho phép. Vì lúc đó chất cách điện sẽ bị nóng qúa mà chóng hư hỏng hoặc bị già hóa làm cho nó mất tính đàn hồi, hóa giòn và mất tính chất cách điện. Vì vậy khi thiết kế phải đảm bảo sao cho tuổi thọ của chất cách điện đạt từ 15 đến 20 năm. 3.1.2. Yêu cầu về chế tạo Yêu cầu sao cho kết cấu đơn giản, tốn ít nguyên liệu và nhân công, thời gian chế tạo ngắn và giá thành hạ nhưng vẫn đảm bảo được các yêu cầu về mặt vận hành. 3.2. THIẾT KẾ DÂY QUẤN HẠ ÁP 3.2.1. Lựa chọn kết cấu dây quấn hạ áp Việc lựa chọn kết cấu dây quấn kiểu nào là phải tùy thuộc vào yêu cầu về vận hành và chế tạo trong nhiệm vụ thiết kế. Những yêu cầu chính là: đảm bảo độ bền về mặt điện, cơ, nhiệt, đồng thời chế tạo đơn giản và rẻ tiền. Chủ yếu phụ thuộc vào những đại lượng điện của chúng : dòng điện tải trên một trụ It, công suất trên trụ S’ , điện áp định mức và tiết diện ngang một vòng dây s. Trước hết ta phải xác định tiết diện của mỗi vòng dây của dây quấn hạ áp theo biểu thức: (3-1) : mật độ dòng điện trung bình trong dây quấn được xác định theo biểu thức: = Trong đó uv là điện áp của một vòng dây được xác định theo công thức: uv=4,44.f.St.Bt=4,44.50.0,0272.1,64=9,909(V) Ta có số vòng dây của một pha dây quấn hạ áp w2==23,3(vòng) ta chọn w2 là 24 vòng Tính lại điện áp của một vòng dây uv==9,623(V) ==2,82.106(A/m2) Tiết diện sơ bộ vòng dây: s2’==255,91(mm2) Theo bảng 38 tài liệu 1 với S=500(KVA), It=721,69(A), U=400(V), s2’=255.91(mm2), chọn dây quấn hình ống 2 lớp, dây dẫn hình chữ nhật, số vòng dây mỗi lớp là 12 vòng. 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) 3.2.2. Tính toán dây quấn hạ áp - Chiều cao hướng trục mỗi vòng dây: kể cả cách điện, sơ bộ có thể tính hv2==0,01909 (m) 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: 4x 59,6 mm2 4 là số sợi dây chập chiều dày cách điện hai phía là - Tiết diện của mỗi vòng dây gồm 5 sợi chập đã chọn là s2=4.59,6=238,4(mm) - Mật độ dòng điện thực của sây quấn ==3,027(A/mm2) - Chiều cao tính toán của dây quấn hạ áp l2=hv2(w22+1)+(0,005-0,015)(m) w22=, n là số lớp n=2, hv2=3.b’, b’ là chiều cao một sợi chập kể cả cách điện l2=3.b’(w22+1)+(0,005-0,015).103 =3.10,02(12+1).10+(0,005-0,015) .103=521,045(mm) a 01 D'' 2 D' 2 d b b' h a 21 a 2 a a' trị số 0,005-0,015 m là chiều cao tăng lên kể đến việc quấn không chặt lấy bằng 0.005m 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=(2.a’+a22)=(2.7.22 +6)= 20,44(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=200+2.5=210 (mm) - Đường kính ngoài của dây quấn hạ áp D2’’=D2’+2.a2=210+2.20.44=250,88 (mm) - Bề mặt làm lạnh của dây quấn hạ áp: theo cộng thức 3-17 M2=(n+1)t.k.(D2’+D2’’)l2 trong đó n là số rãnh dầu dọc trục của dây quấn hạ áp: n=1, k=0,75 là hệ số kể đến sự che khuất bề mặt dây quấn do que nêm và các chi tiết cách điện khác --> M2=(1+1)3.0,75. (210+250,88).10-3.521,045.10-3=3.9316 (m2) -Trọng lượng của dây quấn hạ áp: tính theo công thức 4-4a trang 103 tài liệu 1 =>GCu2=110,54 (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=1,02.110,54=112,75 (kg) 3.2.3. Bố trí dây quấn hạ áp Dây quấn hạ áp được quấn thành hai 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 11 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 =2286(vòng ) - Số vòng dây của các nức điều chỉnh điện áp Vì máy biến áp làm việc với tải luôn luôn thay đổi. Khi tải thay đổi, điện áp của máy biến áp thay đổi theo. Để duy trì điện áp ra ổn định, cần phải thiết kế các đầu dây điều chỉnh điện áp để thay đổi số vòng cho thích hợp. Các đầu điều chỉnh điện áp ta bố trí trên cuộn dây cao áp, vì bản thân cuộn cao áp có nhiều vòng dây có thể điều chỉnh chính xác, mặt khác dòng điện nhỏ nên có thể làm bộ đổi nối nhỏ, gọn. Khi muốn tăng hay giảm điện áp cuộn hạ áp thì phải giảm hay tăng số vòng dây của cuộn cao áp vì vậy ta có thể điều chỉnh điên áp ra của cuộn hạ áp một cách ổn định. Tiêu chuẩn quốc tế những năm gần đây qui định như sau. Tất cả những máy biến áp dầu công suất từ 25 đến 200000 KVA khi điều chỉnh không có kích thích thì cuộn cao áp có 4 cấp điều chỉnh điện áp là +5%, +2,5%, -2,5%, -5% điện áp định mức. Việc chuyển đổi các đầu điều chỉnh điện áp được tiến hành nhờ bộ đổi nối riêng đặt trong máy biến áp có tay quay điều khiển gắn trên nắp thùng Số vòng dây của các nấc điều chỉnh điện áp như sau: - Số vòng dây ứng với một nấc điêu chỉnh wđc=0,025w1đm=0,025.2286=57 (vòng ) --> 22000-5%-điện áp dây: w11=2286-2.wđc=2286-2.57=2172(vòng) -->22000-2,5%-điện áp dây: w12=2286-wđc=2286-57=2229(vòng ) -->22000 : w1=2286 (vòng) -->22000+2,5%-điện áp dây: w13=2286+wđc=2286+57=2343(vòng) -->22000+5% -điện áp dây: w14=2286+2.wđc=2286+2.57=2400(vòng ) Khi điều chỉnh điện áp sẽ có một số vòng dây không có dòng điện do đó lực tác dụng lên trọng tâm dây quấn lệch đi làm cho máy biến áp phải chịu những lực chiều trục đáng kể. Để giảm tác dụng của lực chiều trục ta bố tri cuộn giây điều chỉnh điện áp đặt ở giữa dây quấn. Để có điện áp khác nhau bên cao áp phải có đổi nối như sau Điện áp Các cực của dây quấn 23100 A2A3 B2B3 C2C3 22550 A3A3 B3B4 C3C4 22000 A4A5 B4B5 C4C5 21450 A5A6 B5B6 C5C6 20900 A6A7 B5B7 C6C7 Hình 3-4: Sơ đồ điều chỉnh điện áp của dây quấn cao áp - Sơ bộ chọn mật độ dòng điện: theo công thức 3-30 tài liệu 1 =2. 2,82-3,027=2,613(A/mm2) - Sơ bộ chọn tiết diện dây dẫn s1’==2,9(mm2) - Theo bảng 38 chọn dây quấn cao áp: với S=500(KVA), Uf1=22(KV), If1=7,576(A) ta chọn kiểu dây quấn hình ống nhiều lớp, dây dẫn tròn, theo bảng 44-11 trang 606 tài liệu 1 ta chọn dây dẫn mã hiệu ПЭлБО tiêu chuẩn sau : Cách điện hai phía của dây dẫn là 2.=0,21(mm), chỉ dùng một sợi dây n=1 - Mật độ dòng điện thực ==2,533(A/mm2) - Số vòng dây trong một lớp: theo công thức 3-34 tài liệu 1 w12= d1’=2.16 mm là đường kính dây dẫn kể cả cách điện: l1=l2 =521,045 mm chiều cao dây quấn cao áp lấy bằng chiều cao dây quấn hạ áp w11=== 240 (vòng) - Số lớp của dây quấn cao áp n11= (lớp) - Chiều cao dây quấn hạ áp l1=(w11+1)d1’=(240+1)2,16=520.56 (mm) - Bố trí dây quấn D'' 2 D'' 1 D' 1 D' 2 d a 11 a 21 a 01 a 12 a 2 a 1 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, 4 lớp. Nữa ngoài làm mát và tản nhiệt tốt hơn nên ta chia số lớp nhiều hơn,7 lớp. Dây quấn điều chỉnh điện áp được bố trí ở 2 lớp ngoài cùng. 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=2.240.9,623=4619 (V) Căn cứ vào U11 tra bảng 26 tài liệu 1 ta tra ra cách điện giữa các lớp U11=4619(4501-5000)V cách điện giữa các lớp gồm 9 lớp giấy cáp chiều dày của mỗi lớp mm. Đầu thừa cách điện lớp ở một đầu dây quấn lđl=22 mm Kích thước rãnh dầu dọc giữa dây quấn cao áp tra bảng 44b tài liệu 1 ta có a11=6mm - Chiều dày dây quấn cao áp: theo công thức 3-37a tài liệu 1 a1=[d1’(n+m)+6.[(n-1)+(m-1)]+a11].10-3, trong đó n=4, m=7 là số lớp của mỗi tổ lớp trong và ngoài dây quấn cao áp: --> a1=[2,16(4+7)+6.0,12[(4-1)+(7-1)]+6].10-3=39,12.10-3 m - Đường kính trong của dây quấn cao áp D1’=D2’’+2.a12=250,88+2.18=286,88 mm; a12 là bề rộng rãnh dầu giữa dây quấn cao áp và hạ áp a12=18mm 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=280+2. 40,2=365,12 mm - Trọng lượng của dây quấn cao áp Trọng lượng của dây quấn cao áp tính theo công thức 4-4a trang 103 tài liệu 1 =>GCu1= 186,812 (kg), cần phải tăng trọng lượng dây dẫn do cách điện lên 4% nên trọng lượng của dây dẫn là: Gdd2=1,04 .GCu2=1,04.186,812=194,285 (kg) - Bề mặt làm lạnh của dây quấn cao áp Đối với dây quấn cao áp có hai tổ lớp , giữa chúng có rãnh dầu làm lạnh tổ lớp trong quấn trực tiếp lên ống cách điện thì có ba mặt làm lạnh bề mặt làm lạnh được tính theo công thức 3-42c trang 94 tài liệu 1 2- dây quấn 3- tấm lót cách điện lớp a 11 vành đệm bằng cách điện a 1 M1=1,5.t.k.D1’+D1’’)l1=1,5.3.0,88.(0,286+0,365).0,520= 4.22 m2 Hình 3-5: Dây quấn cao áp : Đối với dây quấn cao áp dây dẫn tròn, nên dây quấn được quấn trên ống nhựa bakelit chiều dày ống bakelit là 3 mm chiều cao là 454 mm để tăng cường làm mát giữa dây quấn cao áp ta làm rãnh dầu dọc trục để tạo rãnh dầu ta bố trí 12 căn dọc bằng gỗ để định dạng dây quấn kích thước căn dọc như sau 6x20x454 mm. Sau khi thiết kế xong dây quấn ta phải tính toán kiểm tra xem dây quấn thiết kế có đảm bảo yêu cầu kỹ thuật đặt ra như tổn hao ngắn mạch, điện áp ngắn mạch. Dây quấn có chịu được lực cơ học khi ngắn mạch CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH 4.1. XÁC ĐỊNH TỔN HAO NGẮN MẠCH Tổn hao ngắn mạch của máy biến áp là tổn hao trong dây quấn khi ngắn mạch một dây quấn còn dây quấn kia đặt điện áp ngắn mạch Un để cho dòng điện trong cả hai dây quấn đều bằng định mức. + Tổn hao ngắn mạch có thể chia ra các thành phần như sau - Tổn hao chính, tức là tổn hao đồng trong dây quấn cao áp và hạ áp do dòng điên gây ra pCu1 và pCu2 - Tổn hao phụ trong hai dây quấn do từ thông tản xuyên qua dây quấn làm cho dòng điện phân bố không đều trong tiết diện gây ra pf1và pf2 - Tổn hao chính trong dây dẫn ra pr1, pr2 - Tổn hao phụ trong dây dẫn ra. Tổn hao này rất nhỏ ta có thể bỏ qua - Tổn hao trong vách thùng dầu và các kết cấu kim loại khác pt do từ trường tản gây nên Thường tổn hao phụ được gộp vào trong tổn hao chính bằng cách thêm vào hệ số tổn hao phụ. Vậy tổn hao ngắn mạch sẽ được tính theo biểu thức: pn=pCu1.kf1+pCu2.kf2+pr1+pr2+pt (W) 4.1.1. Tổn hao chính - Tổn hao trong dây quấn hạ áp pCu2=2,4 GCu2=2,4.3,0272. 110,54=2431,16(W) - Tổn hao trong dây quấn cao áp pCu1=2,4 GCu1=2,4. 2,5332. 186,812=2878(W) 4.1.2 . Tổn hao phụ trong dây quấn Như trên đã nói tổn hao phụ thường được ghép vào tổn hao chính bằng cách thêm hệ số kf vào tổn hao chính: pCu+pf=pCu.kf B l m dây dẫn n a fd b n dây dẫn k 2 1 Do đó việc xác định tổn hao phụ là xác định trị số kf. Trị số này đôi với mỗi loại dây quấn sẽ khác nhau. Nó phụ thuộc vào kích thước hình học của mỗi loại dây dẫn, vào sự sắp xếp của dây dẫn trong từ trường tản ... Người ta đã tìm ra biểu thức tính toán của kf như sau: - Dây quấn hạ áp Hình 4-1 : Dùng để xác định tổn hao trong dây quấn hạ áp Đối với dây dẫn hạ áp với dây quấn hình chữ nhật với n=2 theo công thức 4-10a kf2=1+0,095.108.a4.(n2-0,2), trong đó =, m=12.4=48 số thanh dẫn song song với từ trường tản, b=9,3mm kích thước thanh dẫn song song với từ trường tản , kr=0,95 hệ số Ragovski. Thay số vào ta được =0,813 n=2 số thanh dẫn thẳng góc với từ trường tản, a=6,5 mm kích thước của thanh dẫn thẳng góc với từ trường tản kf2=1+0,095.108.a4.(n2-0,2)=1+0,095(0,813)2.6,54(22-0,2).10-4= 1,0149 - Dây quấn cao áp l fd m dây dẫn n dây dẫn Hình 4-2: Dùng để xác định tổn hao trong dây quấn cao áp Đối với dây quấn cao áp dùng dây dẫn tròn theo công thức 4-10c trang 105 tài liệu 1 ta có kf1=1+0,044.108 d4.n2 trong đó , d=1,95 mm là đường kính dây dẫn tròn, m=231 =0,854 kf1=1+0,044.108 .β.d4.n2=1+0,044.(0,854)21,954112= 1,0056 - Tổn hao đồng trong dây quấn pCu1.kf1+pCu2.kf2=pCu+pf=2431,16. 1,0149+2878. 1,0056=5361,9(W) 4.1.3. Tổn hao chính trong dây dẫn ra Tương tự như tổn hao trong dây quấn tổn hao trong dây dẫn ra xác định bằng biểu thức - Đối với dây quấn hạ áp pr2=2,4..Gr2 (W) =3,027 (A/mm2) lấy bằng mật độ dòng điện trong dây dẫn hạ áp Gr2=lr2.sr2.(kg) , lr2 chiều dài của dây dẫn ra gần đúng có thể lấy như sau đối với dây quấn hạ áp nối sao theo 4-14 trang 106 tài liệu1 ta có: lr2=7,5l=7,5.520.56= 3904 mm , sr2 tiết diện của dây dẫn ra lấy bằng tiết diện vòng dây của cuộn hạ áp sr2=238,4 mm2, = 8900 (kg/m3) trọng lượng riêng của đồng Gr2=lr2.sr2.= 3904.238,44. 8900.10-9=8,283 (kg) pr2=2,4..Gr2=2,4.3,0272. 8,283=182,19 (W) - Đối với dây quấn cao áp pr1=2,4..Gr1 (W) =2,533 (A/mm2) lấy bằng mật độ dòng điện trong dây dẫn cao áp Gr1=lr1.sr1. (kg), lr1 chiều dài của dây dẫn ra gần đúng có thể lấy như sau đối với dây quấn cao áp nối tam giác theo 4-15 trang 106 tài liệu1 ta có: lr1=14l=14.520,56= 7288 mm, sr1 tiết diện của dây dẫn ra lấy bằng tiết diện vòng dây của cuộn hạ áp sr1=2,99 mm2 , = 8900 (kg/m3) trọng lượng riêng của đồng Gr1=lr1.sr1.=7288. 2,99. 8900.10-9=0,194 (kg) pr1=2,4..Gr1=2,4. 2,533 0,194=2,988 (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=0,015-0,02 ta chọn k=0,015 pt=10.k.S=10.0,015.500= 75 (W) 4.1.5. Tổng tổn hao ngắn mạch của máy biến áp pn=pCu1.kf1+pCu2.kf2+pr1+pr2+pt=5361,9+182,19+2,99+75=5622,07 (W) 4.1.6. Tổn hao ngắn mạch khi điện áp là định mức pnđm=pn-0,05.pCu1.kf1=5622,07-0,05. 2878,2. 1,0056=5477,36 (W) 4.1.7. Sai số của tổn hao ngắn mạch so với yêu cầu đặt ra Pnđm =5477,36< Pn=5500 yêu cầu nên tổn hao ngắn mạch đạt tiêu chuẩn tổn hao ngắn mạch 4.2. XÁC ĐỊNH ĐIỆN ÁP NGẮN MẠCH Điện áp ngắn mạch của máy biến áp hai dây quấn un là điện áp đặt vào một dây quấn với tần số định mức, còn dây kia nối ngắn mạch sao cho dòng điện cả hai phía đều bằng các dòng điện định mức tương ứng. Trị số un là một tham số rất quan trọng ảnh hưởng tới những đặc tính vận hành cũng như kết cấu của máy biến áp. Thật vậy - Khi un bé thì dòng điện ngắn mạch In lớn gây nên lực cơ học trong máy biến áp lớn - Khi un lớn thì điện áp giáng ở trong máy tăng lên ảnh hưởng đến các hộ dùng điện - Sự phân phối tải giữa các máy biến áp làm việc song song có un khác nhau sẽ không hợp lý Do đó để dung hòa hai ảnh hưởng đầu thông thường người ta tiêu chuẩn hóa các điện áp ngắn mạch. Đồng thời qui định hai máy biến áp làm việc song song phải có un chênh lệch không quá 10%. Vì vậy khi tính toán chỉ cho phép sai lệch với un tiêu chuẩn là 5% để đề phòng khi chế tạo sai lệch 5% là vừa 4.2.1. Tính thành phần điện áp ngắn mạch tác dụng Thành phần điện áp ngắn mạch tác dụng là thành phần điện áp rơi trên điện trở cuộn cao áp và hạ áp của máy biến áp được xác định theo công thức 4-22 trang 110 tài liệu 1 unr= =1,095% trong đó: pn là tổn hao ngắn mạch của máy biến áp (W) S là dung lượng định mức của máy biến áp (kVA) 4.2.2. Thành phần điện áp ngắn mạch phản kháng unx Thành phần điện áp ngắn mạch phản kháng là thành phần điện áp ngắn mạch rơi trên điện kháng tản của dây quấn cao áp và hạ áp. Đối với máy dây quấn đồng tâm hai dây quấn có chiều cao bằng nhau theo công thức 4-23 tài liệu 1 ta có unx = trong đó : d12=D2’’+a12=250.88+18=268.4 mm, là đường kính trung bình của dây quấn, l=520,56 mm là chiều cao dây quấn =0,854 ar===37,85.10-3 m kr=1-; ===0,047-->kr=1-0,047=0,9525 là hệ số kể đến từ thông tản thực tế không hoàn toàn đi theo dọc trục. Thay số vào ta dược unx === 4,058% 4.2.3. Điện áp ngắn mạch toàn phần Sau khi đã xác định được unr, unx ta có thể tính được un theo biểu thức un= 4,203% 4.2.4. Sai lệch của điện áp ngắn mạch so với tiêu chuẩn .100= 5,08% Vây sai lệch này nằm trong lân cận 5% có thể chấp nhận được. Dây quấn thiết kế đảm bảo yêu cầu tiêu chuẩn về điện áp ngắn mạch 4.3. TÍNH LỰC CƠ HỌC CỦA DÂY QUẤN MÁY BIẾN ÁP Khi máy biến áp bị sự cố ngắn mạch thì dòng điện ngắn mạch sẽ rất lớn. Những vấn đề về nhiệt đối với máy biến áp không quan trọng lắm vì quán tính nhiệt lớn nên để đốt nóng được dây quấn nóng quá trị số cho phép thì các thiết bị bảo vệ và máy ngắt tự đông ngắt phần sự cố ra khỏi lưới điện, do đó vấn đề còn lại 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 đến những lực cơ học tác dụng lên dây quấn khi ngắn mạch xem độ bền cơ của dây quấn có đủ hay không. Do vậy - Phải xác định trị số cực đại của dòng điện ngắn mạch. - Xác định lực cơ học giữa các dây quấn. - Tính ứng lực cơ của các đệm cách điện giữa các dây quấn và bản thân dây quấn. l B a2 a12 a1 Fr Fr 2 1 B' Hình 4-3: Từ trường dọc và ngang trong dây quấn đồng tâm 4.3.1. Tính dòng điện ngắn mạch cực đại a) Trị số hiệu dụng của dòng điện ngắn mạch xác lập Đối với máy biến áp công suất nhỏ hơn 1000(KVA), thường tính dòng điện ngắn mạch xác lập theo biểu thức sau. In= (A) Dòng điện ngắn mạch phía sơ cấp có giá trị lớn nhất khi điện áp phía sơ cấp có giá trị nhỏ nhất. Điện áp thấp nhất phía sơ cấp. U1’=U1-0,05.U1=22000-22000,0,05=20900 (V) Tương ứng với dòng điện sơ cấp cực đại I1’==13,81 (A) If1’===7,974 (A) - Dòng điện ngắn mạch xác lập phía sơ cấp In1===189,715 (A) - Dòng điện ngắn mạch xác lập phía thứ cấp In2==17169,2 (A) b) Trị số cực đại (hay xung kích) của dòng điện ngắn mạch - Dòng điện ngắn mạch cực đại sơ cấp Iko1=1,8.In1=1,8. .189,71=482,94 (A) - Dòng điện ngắn mạch cức đại thứ cấp Iko2=1,8.In2=1,8. .17,169=43705,5 (A) 4.3.2. Tính lực tác dụng lên các dây quấn - Áp lực trung bình tác dụng lên 1 cm2 bề mặt dây quấn là: theo công thức 8-8 trang 53 tài liệu 2 ta có p=6,4.()2.10-8=6,4()2.10-8=28,785 (kG/cm2) - Ứng lực kéo lên dây quấn sơ cấp: theo công thức ds1 đường kính trung bình của dây quấn sơ cấp ds1=D1’+a1=28,69+3,91=32,6 cm .28,79 =3,57 kG/mm2 - Ứng lực nén đối với dây quấn thứ cấp ds2 là đường kính trung bình của dây quấn thứ cấp ds2=D2’’-a2=25,09-2,04=23,05 cm ==3,017 (kG/mm2) Đối với dây đồng ứng lực cho phép là kcp=5-10( kG/mm2 ). Vậy qua số liệu tính toán ở trên ta thấy dây quấn của máy biến áp chịu được ứng lực kéo và ứng lực nén khi xẩy ra ngắn mạch `- Lực hướng kính tác dụng lên toàn bề mặt dây quấn là: tính theo công thức 8-7 trang 53 tài liệu 2 Fr =6,4(w1.Iko1)2, trong đó Os=.ds,ds=0,5(ds1+ds2)=0,5(32,6+23,04)=278,2 mm Fr =6,4(w1.Iko1)2 =6,4(2286. 48,94)2 =130905 (kG) Lực Fr đối với hai dây quấn là trực đối nhau, có tác dụng ép đối với dây quấn hạ áp và có tác dụng trương đối với dây quấn cao áp - Từ trường tản ngang B’ tác dụng với dòng điện sinh ra lực chiều trục Ft’ . Trị số B’ phụ thuộc vào chiều cao l và bề rộng của dây quấn, nếu dây