Đồ án Thiết kế mba điện lực

0,361 0,038 0,04 0,041 0,043 Qd = 61440 T2 2217,984 2334,72 2457,6 2519,04 2641,92 Q0 = 1,25 (Qc + Qg + Qf) 8995,011 9552,08 9829,29 10564,583 1114,796 i0 = 0,9 0,955 0,983 1,05 1,1 IV. tính toán lại kích thước chủ yếu và các tổn hao. x = = = 1,203 Đường kính trụ sắt: d = Ax = 0,2ì1,203 = 0,24 m Ta lấy chuẩn đường kính dđm = 0,24 m, với đường kính này ta tính lại giá trị Bđm. bđm = = 2,07 Với b = 2,07, ta có: x = = 1,199 x2 = = 1,438. x3 = = 1,725. 1. Trọng lượng của trụ. GT = = = 591,413 (kg) 2. Trọng lượng của gông. Gg = (286,239 + 25,256 ì x) x3 + 47,987 ì x2 = (286,239 + 25,256 ì 1,199) 1,725 + 47,987 ì 1,438 3. Trọng lượng sắt. GFe = Gt + Gg = 591,413 + 615 = 1206,413 (kg) 4. Trọng lượng dây quấn. Gdq = = = 370,783 (kg) * Kiểm tra mật độ dòng: D = = = 3,64ì10-6 A/m2 < 4,5ì10-6 A/m2. Người ta qui định đối với MBA dầu DCu Ê 4,5ì10-6 A/m2. Vậy thoả mãn điều kiện cho phép. Trong đó: Pn: Tổn hao ngắn mạch, Pn = 13.000W. K: Hệ số phụ thuộc vào điện trở suất của dây đồng,K = 2,4 5. Trọng lượng dây dẫn. Gdd = 1,03ì1,03 Gdq ằ 1,06 Gdq = 1,06ì370,783 = 393,029 (kg) 6. Chi phí vật liệu. C'td = GFe + 2,36 Gdd = 1206,413 + 2,36ì393,029 = 2133,961 7. Tổn hao không tải: P0 = 1,2 (1,15 Gt + 1,104 Gg) = 1,2 ( 1,15ì591,413 + 1,104 ì 615) = 1630,9 W Trong đó: Gt, Gg: Trọng lượng trụ và gông, Gt = 591,413 kg, Gg = 615. 8. Dòng điện không tải. i0 = Trong đó: Q: Công suất từ hoá Q (VA) Q = k''g (Qc + Qf + Qd), (VA). Qc: Công suất tổn hao chung của trụ và gông. Qc = qt ì Gt + qg ì Gg = 1,526 ì 591,413 + 1,435 ì 615 = 1785,02 (VA). qt, qg Suất từ hoá ở trụ và gông qt = 1,526 VA/kg. qg = 1,435 VA/kg. Gt, Gg: Trọng lượng trụ và gông Gt = 591,413 kg Gg = 615 kg Qf: Là công suất từ hoá phụ đối với ''góc'' có mối nối thẳng: Qf = 40 ì qt ì G0 , (VA) = 40 ì 1,526 ì 34,517 ì x3 = 40 ì 1,526 ì 34,517 ì 1,725 = 3634,433 (VA) qt: Suất từ hoá ở trụ, qt = 1,526 VA/kg G0: Trọng lượng 1 góc mạch từ, G0 = 34,517 x3 kg. Qd: Công suất từ hoá ở những khe hở không khi nối giữa các là thép: Qd = 3,2 ì qd ì Tt = 3,2 ì 19200 ì 0,027 ì 1,438 = 2385,47 (VA). qd: Suất từ hoá khe hở, đối với Bt = 1,6T, qd = 19200 W/m2. Vậy: i0 = 9. Đường kính trung bình của rãnh dầu. d12 = 1,4 ì d = 1,4 ì 0,24 = 0,36 m ằ 0,34 m. 10. Chiều cao dây quấn sơ bộ. l = m. Trong đó: d12: Đường kính trung bình của rãnh dầu, d12 = 0,34 m 11. Tiết diện hữu hiệu của trụ sắt. Tt = kđ ì Tt = kđ ì kc ì = 0,96 ì 0,9 ì = 0,039 m2 ằ 0,04 m2. Trong đó: kđ: Hệ số điền đầy rãnh, kđ = 0,96. kc: Hệ số chiếu kín, kc = 0,9. 12. Kiểm tra ứng suất kéo tác dụng lên tiết diện dây. sr = M ì x3 Vì MBA ba pha dùng dây đồng nên: MCu = 0,244 ì 10-4 ì k2n ì kf ì kr ì Trong đó: kn = = = 35,2 Suy ra: MCu = 0,244 ì 10-4 ì (35,2)2 ì 0,91 ì 0,95 = 12,134 Vậy: sr = 12,134 ì 1,725 = 20,931 MN/m2 < 60 MN/m2 Vậy thoả mãn điều kiện cho phép. Phần II Tính toán dây quấn MBA I. Tính toán dây quấn HA. 1. Sức điện động của một vòng dây. Uv = 4,44 ì f ì Tt ì Bt = 4,44 ì 50 ì 0,04 ì 1,60 = 14,208 V Trong đó: f: Tần số của lưới điện công nghiệp. f = 50Hg Bt: Mật độ từ cảm trong trụ. Bt = 1,6T. Tt : Tiết diện hữu hiệu của trụ, Tt = 0,04 m2. 2. Số vòng dây một pha của dây quấn HA: W1 = = 16,258 vòng ằ 17 vòng Trong đó: Uf1: Điện áp pha bên phía HA, Uf1 = 231 V Uv: Sức điện động của một vòng dây, Uv = 14,208 v 3. Điện áp thực của một vòng dây. Uv = = = 1,3588 ằ 13,6 (v). Trong đó: Uf1: Điện áp pha bên phía HA. Uf1 = 231 V W1: Số vòng dây một pha của dây quấn HA W1 = 17 vòng 4. Mật độ dòng điện trung bình: Đối với dây đồng ta có: Dtb = 0,746 ì kf ì (A/m2). = 0,746 ì 0,91 ì = 35,3 ì 106 (A/m2) Trong đó: kf: Hệ số kể đến tổn hao phụ trong dây quấn, trong dây dẫn ra, trong vách thùng dầu. kf = 0,91. Pn : Tổn hao ngắn mạch, Pn = 13000W. Uv: Sức điện động của một vòng dây, Uv = 13,6 V S: Công suất định mức, S = 1000kVA. d12: Đường kính trung bình giữa hai dây quấn, d12 = 0,34 m. 5. Tiết diện sơ bộ của dây quấn HA: T'1 = = = 408,886 ì 10-6 m2 = 408,886 (mm2) Trong đó: I1: Dòng định mức phía HA, I1 = 1443,37 A. Dtb: Mật độ dòng điên trung bình, Dtb = 3,53 ì 106 A/m2. Qua tính toán sơ bộ ở trên ta tiến hành chọn kết cấu dây quấn HA. 6. Chọn kết cấu dây quấn HA: Với các thông số s = 100kVA; U2 = 400V; I1 = 1443,37 A; T'1 = 408,886 mm2. theo bảng 38 trang 202 TLTK MBA ta có thể chọn dây quấn hình xoắn kiểu xoắn kép, chiều cao rãnh dầu ngang sơ bộ hr = 4mm. Dựa vào bảng 30 trang 197 TLTK MBA ta chọn số đệm cách điện giữa các bánh dây là 8. 7. Tính sơ bộ chiều cao hướng trục của mỗi vòng dây: hv1 = = = 0,024 m = 24 mm. Trong đó: l1: Chiều cao dây quấn sơ bộ, l1 = 0,515 m. W1: Số vòng dây quấn HA, W1 = 17 vòng. hr1: Chiều cao rãnh dầu ngang sơ bộ, hr1 = 4 mm. Vì hr1 > 15 mm, theo hình (3 - 40a) trang 84 TLTK MBA. Với D = 3,53 ì 106 A/m2, q = 2000W/m2 thì b không vượt quá 16mm, do đó ta chọn dây hình chữ nhật, dây quấn có rãnh dầu ngang giữa, hoán vị phân bố đều. 8. Với T'1 và hv1 đã tính ở trên ta phải làm hai sợi xoắn kép, số sợi chập là 8 sợi chia làm hai nhóm như sau: b' a' hr1 d Rãnh dầu ngang giữa các nhóm, ta chọn hr = 4mm; dây dẫn bằng đồng với mã hiệu ПБ. Theo bảng 21 trang 192 TLTK MBA, ta có: . Trong đó: a, b: Kích thước dây trần. a', b': Kích thước dây có cách điện. Td1: Tiết diện mỗi sợi dây. 9. Tiết diện thực của mỗi vòng dây: T1 = nv1 ì Td1 ì 10-6 = 8 ì 52,1 ì 10-6 = 416,8 ì 10-6 (m2) = 416,8 (mm2). Trong đó: nv1: Số sợi chập, nv1 = 8. Td1: Tiết diện sợi dây, Td1 = 52,1 (mm2). 10. Chiều cao thực của mỗi vòng dây: hv1 = 2 ì b' + d = 2 ì 11,1 + 1,5 = 23,7 (mm) Trong đó: b': Chiều rộng dây quấn kho có cách điện, b' = 11,1 mm. d: Chiều dày tấm đệm cách điện giữa từng đôi bánh dây một, thường d = 1,0 á 1,5 mm, lấy d = 1,5 mm. 11. Mật độ dòng điện thực trong dây quấn HA: D1 = (A/m2) = = 3,46 ì 10-6 A/m2. Trong đó: I1: Dòng điện dây định mức phía HA, I1 = 1443,37 A T1: Tiết diện thực của một vòng dây, T1 = 416,8 (mm2). 12. Chiều cao thực của dây quấn HA: Đối với dây quấn hình xoắn mạch kép hoán vị phân bố đều, có rãnh dầu giữa tất cả các bánh dây, ta có: l1 = 2 ì b' ì 10-3 (W1 + 1) + k ì hr ( 2W1 + 1) ì 10-3 (m) = 2 ì 11,1 ì 10-3 (17 + 1) + 0,95 ì 4 ( 2 ì 17 + 1) ì 10-3 = 0,532 m. Trong đó: b': Chiều rộng dây quấn khi có cách điện, b' = 11,1 mm. W1: Số vòng dây một pha của dây quấn HA, W1 = 17 vòng. k: Hệ số kể đến sự co ngót của tấm đệm sau khi ép chặt cuộn dây k = 0,94 á 0,96 lấy k = 0,95 hr: Chiều cao rãnh dầu ngang sơ bộ, hr = 4 mm. 13. Bề dày dây quấn HA: a1 = = = 0,022 ằ 0,02 (m). Trong đó: nv1: Số sợi chập, nv1 = 8 sợi. n: Đối với dây quấn hình xoắn mạch kép, n = 2. a': Chiều rộng của dây quấn khi có cách điện, a' = 5,5 mm. 14. Đường kính trong của dây quấn HA. D'1 = d + 2 ì a01 ì 10-3 = 0,24 + 2 ì 15 ì 10-3 = 0,27 (m) Trong đó: d: Đường kính trụ, d = 0,24 m. a01: Khoảng cách giữa trụ và dây quấn HA, a01 = 15 mm. 15. Đường kính ngoài của dây quấn HA. D''1 = D'1 + 2 ì a1 = 0,27 + 2 ì 0,02 = 0,310 (m) Trong đó: D'1: Đường kính trong của dây quấn HA, D'1 = 0,27 m. a1: Bề dày dây quấn HA, a1 = 0,02 m. 16. Bề mặt làm lạnh của dây quấn HA: Với dây quấn hình xoắn mạch kép có rãnh dầu ngang giữa tất cả các bánh dây, ta có: M1 = 4 ì t ì k ì p ì ( D'1 + a1) ì ( a1 + b' ì 10-3) ì W1 (m2) = 4 ì 3 ì 0,75 ì 3,145 ì ( 0,27 +0,02) ì ( 0,02 +11,1 ì 10-3) ì 17 = 4,33 (m2) Trong đó: t: Số trụ, t = 3 k: Hệ số kể đến bề mặt dây quấn bị tấm đệm che khuất, lấy k = 0,75 p: Số pi, p = 3,14. D'1: Đường kính trong của dây quấn HA, D'1 = 0,27 m. a1: Bề dày dây quấn HA, a1 = 0,02 m. b'1: Chiều dày dây quấn khi có cách điện, b'1 = 11,1 mm W1: Số vòng dây một pha của dây quấn HA, W1 = 17 vòng. 17. Trọng lượng đồng của dây quấn HA. GCu1 = (kg). = = 172,6 (kg). Trong đó: t: Số trụ, t = 3. D'1: Đường kính trong dây quấn HA, D'1 = 0,27 m. D''1: Đường kính ngoài dây quấn HA, D''1 = 0,31 m. W1: Số vòng dây quấn HA, W1 = 17 vòng. T1: Tiết diện thực của mỗi vòng dây, T1 = 416,8 ì 10-6 m2. 18. Trọng lượng đồng của dây quấn HA kể cả cách điện Gd1 = 1,02 ì GCu1 = 1,02 ì 172,6 = 176,052 kg. Trong đó: GCu1: Trọng lượng đồng của dây quấn HA: GCu1 = 172,6 kg. II. Tính toán dây quấn CA. Với MBA có: S = 1000 [kVA] U = 35/0,4 [kV] Ta có những phương án thiết kế và tính toán dây quấn CA như sau: Tính số vòng dây, kích thước và cách điện dây quấn CA theo cấp điện áp là 35 kV. Chọn kiểu dây quấn CA: Ta chọn kiểu dây quấn xoắn ốc liên tục, dây dẫn chữ nhật. 1. Số vòng dây quấn CA ứng với định mức: W2đm = W1 = 17 = 1478,095 vòng ằ 1488 vòng. Trong đó: W1: Số vòng dây của dây quấn CA, W1 = 17 vòng. Uf1: Điện áp pha bên phía HA, Uf1 = 231 V. Uf2: Điện áp pha bên phía CA, Uf2 = 20207 V. 2. Số vòng dây CA ở một nấc điều chỉnh. Wđc = 0,025 ì W2đm = 0,025 ì 1488 = 37,2 (vòng) ằ 38 vòng. Trong đó: W2đm: Số vòng dây CA ứng với điện áp định mức, W2đm = 1488 vòng. Căn cứ vào Wđc ta có trị số với mỗi mức điều chỉnh là: Uđc = 0,025 ì 35000 = 875 V. 3. Số vòng dây tương ứng ở các đầu phan áp là: - Cấp 36750 v ứng với W2 = W2đm + 2 Wđc = 1488 + 2 ì 38 = 1564 vòng. - Cấp 35875 v ứng với W2 = W2đm + Wđc = 1488 + 38 = 1526 vòng - Cấp 35000 v ứng với W2 = W2đm = 1488 vòng. - Cấp 34125 v ứng với W2 = W2đm - Wđc = 1488 - 38 = 1450 vòng. - Cấp 33250 v ứng với W2 = W2đm - 2Wđc = 1488 - 2 ì 38 = 1412 vòng. Ta chọn sơ đồ hình 37d ở trang 79 TLTK MBA làm sơ đồ điều chỉnh điện áp. Thành lập các cực của dây quấn ứng với mỗi đầu ra của nấc điều chỉnh điện áp mỗi pha. Ta vẽ cho pha A, pha B và C tương tự X A7 A5 A3 A2 A4 A6 Điện áp (V) Pha A Pha B Pha C 36750 35875 35000 34425 33250 A2 A3 A3 A4 A4 A5 A5 A6 A6 A7 B2 B3 B3 B4 B4 B5 B5 B6 B6 B7 C2 C3 C3 C4 C4 C5 C5 C6 C6 C7 4. Mật độ dòng điện sơ bộ: D2 ằ 2Dtb - D1 (A/m2) ằ 2 ì 3,53 ì 10+6 - 3,46 ì 106 ằ 3,6 ì 106 A/m2 = 3,6 mA/m2. Trong đó: Dtb: Mật độ dòng điện trung bình, Dtb= 3,53.106 A/m2 D1: Mật độ dòng điện thực của dây quấn HA, D1=3,46.106A/m2. 5. tiết diện sơ bộ của dây quấn CA. T'2 = = = 4,58 (mm2) Trong đó: I2: Dòng điện định mức bên phía CA, I2 = 16,49 A. D2: Mật độ dòng điện sơ bộ phía CA, D2 = 3,6 MA/m2. 6. Chọn kết cấu dây quấn. Với các thông số: S = 1000kVA U1 = 35kV I2 = 16,49 A T'2 = 4,58 mm2. Theo bảng 38 trang 202 TLTK MBA ta chọn dây quấn xoắn ốc liên tục dây dẫn chữ nhật, Chiều cao rãnh dầu ngang hr = 4mm. Mã hiệu dây ПБ, số sợi chập là 1. ПБ - nv2 ị ПБ - 1. 7. Tiết diện toàn phần của mỗi vòng dây. T2 = nv2 ì T'd2 ì 10-6 (m2) = 1 ì 5,04 ì 10-6 = 5,04 ì 10-6 m2 = 5,04 (mm2). Trong đó: nv2: Số sợi chập dây quấn CA, nv2 = 1. T'd2: Tiết diện sợi, T'd2 = 5,04 mm2. 8. mật độ dòng điện thực của dây quấn cao áp D2 = (A/m2) = = 3,27 ì 106 (A/m2) = 3,27 (MA/m2) Trong đó: I2: Dòng định mức bên phía CA, I2 = 16,49 A. T2: Tiết diện thực của dây quấn CA, T2 = 5,04 (mm2) 9. chiều cao mỗi bánh dây hb2 = b' ì 10–3 (m) = 4,25 ì 10–3 = 0,00425 m= 4,25 (mm). Trong đó: b' - Kích thước dây có cách điện, b' = 4,25 mm. 10. số bánh dây trên mỗi trụ sắt, sơ bộ tính nb2 = = = 64,4 bánh ằ 64 bánh. Trong đó: l2 = l1 : Chiều cao thực của dây quấn HA, l2 = 0,532 (m) hr : Chiều cao rãnh dầu ngang, hr = 4 mm. b' : Kích thước dây có cách điện, b' = 4,25 mm. 11. Số vòng dây trong mỗi bánh dây. Wb2 = = = 24,43 vòng ằ 25 vòng. Trong đó: W2: Số vòng dây CA ở cấp điện áp max, W2 = 15,64 vòng. nb2: Số bánh dây trên mỗi trụ, nb2 = 64 bánh. 12. Chiều cao thực của dây quấn CA. Với dây quấn có tất cả các rãnh dầu giữa tất cả các bánh dây, ta có: l2 = {b' ì nb2 + k ì [hr (nb2 - 2) + hđc]} ì 10-3 (m) = {4,25 ì 64 +0,95 [4,23 (64 - 2) + 12]} ì 10-3 = 0,532 m. Trong đó: k: Hệ số kể đến sự co ngót của dây quấn sau khi sấy khô và ép dây quấn, k = 0,95. b': Kích thước dây có cách điện, b' = 4,25 mm. nb2: Số bánh dây trên mỗi trụ, nb2 = 64 bánh. hr: Chiều cao rãnh dầu ngang, hr = 4,23 mm. hđc: Chiều cao rãnh dầu chỗ điều chỉnh điện áp, tra trong bảng 28 trang 196 TLTK MBA, hđc = 12. 13. Chiều dày dây quấn CA. a2 = a' ì Wb2 ì 10-3 (m). = 1,9 ì 25 ì 10-3 = 0,0475 (m) ằ 48 mm. Trong đó: a'2: Chiều rộng dây quấn CA khi có cách điện, a'2 = 1,9 mm. Wb2: Số vòng dây trong mỗi bánh dây, Wb2 = 25 vòng. Sắp sếp lại số vòng dây ở tất cả các bánh dây như sau: 40 bánh chính mỗi bánh 25 vòng 1000 vòng. 20 bánh điều chỉnh mỗi bánh 19 vòng 380 vòng. 4 bánh cách điện tăng cường mỗi bánh 46 vòng 184 vòng. Toàn bộ 64 bánh 1564 vòng. 14. đường kính trong của dây quấn CA. D'2 = D''1 + 2 ì a12 = 0,31 + 2 ì 27 ì 10-3 = 0,364 (m). Trong đó: D''1: Đường kính ngoài của dây quấn HA, D''1 = 0,31 m. a12: Khoảng cách giữa dây quấn HA và CA, a12 = 27 mm. 15. đường kính ngoài của dây quấn CA: D''2 = D'2 + 2 ì a2 (m) = 0,364 + 2 ì 0,048 = 0,46 (m). Trong đó: D'1: Đường kính trong của dây quấn CA, D'1 = 0,364 m. a2: Chiều dày dây quấn CA, a2 = 0,048 m. 16. Khoảng cách giữa hao trụ cạnh nhau: C = D''2 + a22 ì 10-3 (m) = 0,46 + 30 ì 10-3 = 0,49 m = 490 (mm) Trong đó: D''2: Đường kính ngoài dây quấn CA, D''2 = 0,46 m. a22: Khoảng cách giữa dây quấn CA và HA, a22 = 30 m. 17. Bề mặt làm lạnh của dây quấn CA: M2 = 2 ì t ì k ì p ì (D'2 + a2) ì nb2 ì (a2 + b' ì 10-3) (m2) = 2 ì 3 ì 0,75 ì 3,145 ì (0,364 + 0,048) ì 64 ì (0,048 + 4,5 ì 10-3) = 19,46 (m2) Trong đó: t: Số trụ tác dụng, t = 3 k: Hệ số, k = 0,75 D'2: Đường kính trong của dây quấn CA, D'2 = 0,364 m. a2: Chiều dày dây quấn CA, a2 = 0,048 m. nb2: Số bánh dây trên mỗi trụ, nb2 = 64 bánh. b': Chiều dài dây quấn CA khi có cách điện, b' = 4,25 mm. 18. Trọng lượng đồng dây quấn CA. GCu2 = (kg). = = 272,799 kg ằ 272,8 kg. Trong đó: t: Số trụ tác dụng, t = 3. D'2: Đường kính trong dây quấn CA, D'2 = 0,364 m. D''2: Đường kính ngoài dây quấn CA, D''2 = 0,46 m. W2đm: Số vòng dây quấn CA ở cấp điều chỉnh điện áp cực đại, W2đm = 1564 vòng. T2: Tiết diện thực của dây quấn CA, T2 = 5,04( m2). 19. Trọng lượng đồng của dây quấn CA kể cả cách điện. Gd2 = 1,02 ì 272,8 = 278,256 kg Trong đó: 1,02: Theo bảng 24, cần phải tăng trọng lượng dây dẫn (do cách điện) lên 2% 20. Toàn bộ trọng lượng đồng của dây quấn HA và CA. Gcu = Gcu1 + Gcu2 = 172,6 + 272,8 = 445,4 (kg). Trong đó: GCu1: Trọng lượng đồng của dây quấn HA: GCu1 = 172,6 kg. GCu2: Trọng lượng đồng của dây quấn CA: GCu2 = 272,8 kg. 21. Toàn bộ trọng lượng dây dẫn kể cả cách điện. Gdd = Gdd1 + Gdd2 = 176,052 + 278,256 = 454,308 (kg). Trong đó: Gdd1: Trọng lượng dây quấn HA kể cả cách điện, Gdd1 = 172,6 kg. Gdd2: Trọng lượng dây quấn CA kể cả cách điện, Gdd2 = 278,356 kg. Phần III Tính toán các tham số ngắn mạch Tính toán ngắn mạch trong MBA 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 ngắn mạch. Tổn hao ngắn mạch của MBA hai dây quấn là tổn hao trong MBA 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. 1. tổn hao chính (đồng). Tổn hao chính, tức tổn hao đồng trong dây quấn HA và CA do dòng điện gây ra PCu1 và PCu2. a. Tổn hao trong dây quấn HA: PCu1 = 2,4 ì 10-12 ì D21 ì GCu1 = 2,4 ì 10-12 ì 172,6 ì (3,46 ì 106)2 = 4959,115 W. Trong đó: D1: Mật độ dòng điện thực của dây quấn HA, D1 = 3,46 ì 106 A/m2. GCu1: Trọng lượng đồng của dây quấn HA, GCu1 = 172,6 kg. b. Tổn hao trong dây quấn CA: PCu2 = 2,4 ì 10-12 ì D22 ì GCu2 = 2,4 ì 10-12 ì (3,27 ì 106)2 ì (3,46 ì 106)2 = 7000,855 W. Trong đó: D2: Mật độ dòng điện thực của dây quấn CA D2 = 3,27 A/m2. GCu2: Trọng lượng đồng của dây quấn CA, GCu2 = 272,8 kg. c. Tổng tổn hao đồng trong dây quấn HA và CA: PCu = PCu1 + PCu2 = 4959,115 + 7000,855 = 11959,97 W ằ 11960 W. Trong đó: PCu1: Tổn hao trong dây quấn HA, PCu1 = 4959,115 W. PCu2: Tổn hao trong dây quấn CA, PCu2 = 7000,855 W. 2. Tổn hao phụ trong dây quấn. Tổn hao phụ trong hai dây quấn do từ thông tải xuyên qua dây quấn làm cho dòng điện phân bố không đều trong tiết diện dây gây ra kf1 và kf2. a. Tổn hao phụ trong dây quấn HA: Đối với dây đồng tiết diện chữ nhật. Với n > 2, ta có: kf1 = 1 + 0,095 ì 108 ì b2 ì a4 ì n2 = 1 + 0,095 ì 108 ì (0,643)2 ì (5,0 ì 10-3)4 ì 42 = 1,0392 ằ 1,04. Trong đó: a: Kích thước của dây dẫn theo hướng thẳng góc với từ thông tản phía HA, a = 5,010-3m. n: Số thanh dẫn của dây quấn thẳng góc với từ thông tản phía HA, n = 4. b = = = 0,643 b. Kích thước của dây dẫn theo hướng song song với từ thông tản phía HA, b = 10,6 ì 10-3 m. : Chiều cao thực của dây quấn HA, = 0,532 m. kr: Hệ số Ragovski, lấy kr = 0,95 m: Số thanh dẫn của dây quấn song song với từ thông tản phía HA, m = 34. b. Tổn hao phụ trong dây quấn CA: kf2 = 1 + 0,095 ì 108 ì b2 ì a4 ì n2 = 1 + 0,095 ì 108 ì (0,428)2 ì (1,4 ì 10–3)4 ì 252 = 1,004 Trong đó: a Kích thước của dây dẫn theo hướng thẳng góc với từ thông tản phía CA, a = 1,4 ì 10–3m n Số thanh dẫn của dây quấn thẳng góc với từ thông tản phía CA, n = 25 b = = ằ 0,428 Trong đó : b Kích thước của dây dẫn theo hướng song song với từ thông tản phía CA, b= 3,75 ì 10–3 l Chiều cao thực của dây quấn CA, l = 0,532m. kr Hệ số Ragovski, lấy kr = 0,95 m Số thanh dẫn của dây quấn song song với từ thông tản phía CA, m = 64 3. Tổn hao dây dẫn ra. Khi dây quấn nối hình sao, ta có chiều dài dây dẫn ra hạ áp. lr1 = 7,5 ì l1 = 7,5 ì 0,532 = 3,99 ằ 4,0m Trong đó : l1 Chiều cao thực của dây quấn HA, l1 = 0,532m Trọng lượng đồng dây dẫn ra HA : Gr1 = lr1 ì Tr1 ì g (kg) = 4,0 ì 416,8 ì 10–6 ì 8900 = 14,83 (kg) Trong đó : lr1 Chiều dài dây dẫn ra của cuộn HA, lr1 = 4,0m Tr1 Tiết diện dây dẫn ra của cuộn HA, Tr1 = 416,8 ì 10–6m2 g Điện trở suất, với đồng gCU = 8900 kg/m3. ị Vậy tổn hao dây dẫn ra hạ áp : Pr1 = 2,4 ì 10–12 ì D ì Gr1 , (W) = 2,4 ì 10–12 ì (3,46 ì 106)2 ì 14,83 = 426,1 W Trong đó : D1 Mật độ dẫn điện thực của dây quấn HA, D1 = 3,46 Gr1 Trọng lượng đồng của dây dẫn ra HA, Gr1 = 14,83 kg b. Tổn hao dây dẫn ra cao áp : Khi dây quấn nối hình sao, ta có chiều dài dây dẫn ra CA: lr2 = 7,5 ì l2 = 7,5 ì 0,532 = 4,0m Trong đó : l2 Chiều cao thực của dây quấn CA, l2 = 0,532m Trọng lượng đồng dây dẫn ra cao áp : Gr1 = lr2 ì Tr2 ì g (kg) = 4,0 ì 5,04 ì 10–6 ì 8900 = 0,1794 (kg) ằ 0,18 (kg) Trong đó : lr2 Chiều dài dây dẫn ra của cuộn CA, lr1 = 4,0m Tr2 Tiết diện dây dẫn ra của cuộn CA, Tr1 = 5,04 ì 10–6m2 g Điện trở suất, với đồng gCU = 8900 kg/m3. Vậy tổn hao dây dẫn ra cao áp : Pr2 = 2,4 ì 10–12 ì D ì Gr2 = 2,4 ì 10–12 ì (3,27 ì 106)2 ì 0,18 = 4,6193 = 4,62W Trong đó : D2 Mật độ dòng điện thực của dây quấn CA, D2 = 3,27 ì 106 A/m2 Gr2 Trọng lượng đồng dây dẫn ra CA, Gr2 = 0,18kg d. Tổn hao trong vách thùng và các chi tiết kết cấu : Như đã biết, một phần từ thông tản của MBA khép mạch qua vách thùng dầu, các xà ép gông, các bulông và các chi tiết bằng sắt khác. Tổn hao phát sinh trong bộ phận này chủ yếu là trong vách thùng dầu và có liên quan đến tổn hao ngắn mạch. Kích thước thùng chưa biết thì đối với MBA hai dây quấn có thể tính gần đúng theo công thức bán kinh nghiệm như sau : Pt ằ 10 ì k ì S ằ 10 ì 0,025 ì 1000 ằ 250 W Trong đó : k Hệ số, tra ở bảng 40a trang 203 TLTK MBA, k = 0,025 S Công suất định mức, S = 1000kVA 4. Tổng tổn hao ngắn mạch của MBA là. Pn = Pcu1 ì kf1 + Pcu2 ì kf2 + Pr1 + Pr2 + Pt, (W) = 4959,115 ì 1,04 + 7000,855 ì 1,004 + 426,1 + 4,62 + 250 = 12867,05 W ằ 12867 W Trong đó : Pcu1 Tổn hao đồng trong dây quấn HA, Pcu1 = 4959,115W kf1 Tổn hao phụ trong dây quấn HA, kf1 = 1,04 Pcu2 Tổn hao đồng trong dây quấn CA, Pcu2 = 7000,855 W kf2 Tổn hao phụ trong dây quấn CA, kf2 = 1,004 Pr1 Tổn hao dây dẫn ra HA, Pr1 = 426,1 W Pr2 Tổn hao dây dẫn ra CA, Pr2 = 4,62 W Pt Tổn hao trong vách thùng và các chi tiết kim loại khác Pt = 250W So với sai lệch % lúc đầu là : = 1,02% II. Điện áp ngắn mạch. Điện áp ngắn mạch của MBA 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. 1. Thành phần điện áp ngắn mạch tác dụng. Unr% = , % = = 1,286 % Trong đó : Pn Tổng tổn hao ngắn mạch của MBA, Pn = 12867 W S Công suất định mức của MBA, S = 1000 kVA 2. Thành phần điện áp ngắn mạch phản kháng. Đối với dây quấn đồng tâm và hai dây quấn có chiều cao bằng nhau ta có : Unx% = = = 5,64% Trong đó : f Tần số lưới điện công nghiệp, f = 50Hz S' Công suất mỗi trụ, S = 333,33kVA b = = = 2,0 Trong đó : d12 Đường kính trung bình của rãnh dầu, d12 = 0,34m l Chiều cao thực của dây quấn, l = 0,532m ar Chiều rộng quy đổi của rãnh từ tản giữa dây quấn cao áp và hạ áp. ar = a12 + = 20 ì 10–3 + = 0,0426 kr Hệ số kể đến từ thông tản trụ thực tế không hoàn toàn đi dọc trục, kr = 0,93 UV- Điện áp thực của một vòng dây, UV = 13,6 V 3. Điện áp ngắn mạch toàn phần. Un% = = = 5,78% Trong đó : Unr Thành phần điện áp ngắn mạch tác dụng, Unr = 1,286% Unx Thành phần điện áp ngắn mạch phản kháng, Unx = 5,64% Sai lệch so với tiêu chuẩn. = 3,67% Nghĩa là nằm trong phạm vi cho phép ±5%. Vậy giá trị Un này thoả mãn. II. Tính lực cơ học của dây quấn MBA khi ngắn mạch. Khi MBA bị sự cố ngắn mạch thì dòng điện ngắn mạch sẽ rất lớn. Nhưng vấn đề nhiệt đối với MBA 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 MBA. Bởi vậy, để đảm bảo cho MBA 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 của dây quấn MBA 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 suất cơ của các đệm cách điện giữa các dây quấn và bản thân dây quấn. 1. Tính dòng điện ngắn mạch cực đại: In = = = 283,33A Trong đó : Iđm Dòng điện định mức của đầu phân áp, Iđm = I2 = 16,49A Un Điện áp ngắn mạch toàn phần, Un = 5,78% Sđm Dung lượng định mức của MBA, Sđm = 1000 10–3 MVA Sn Công suất ngắn mạch của mạng điện cung cấp. Tra bảng 40b TLTK MBA được Sn = 2500 MVA. b. Trị số cực đại của dòng điện ngắn mạch. Khi ngắn mạch, đột nhiên dòng điện ngắn mạch gồm hai thành phần : Một thành phần chu kỳ và một thành phần tự do không chu kỳ. Chính thành phần tự do không làm trị số dòng điện ngắn mạch tức thời tăng lên rất lớn. imax = ì (In + In ì ) = ì In ì (1 + ) = ì 283,33ì (1 + ) = 599,939 ằ 600 A Trong đó : In Dòng điện ngắn mạch xác lập, In = 283,33A Unr Thành phần điện áp ngắn mạch tác dụng, Unr = 1,286% Unx Thành phần điện áp ngắn mạch phản kháng, Unx = 5,78% 2. Tính lực cơ học khi ngắn mạch. Khi ngắn mạch, dây quấn chịu lực cơ học rất lớn. Nếu không xét kỹ có thể lực cơ học làm hư hỏng dây quấn. Lực cơ học sinh ra do tác dụng của dòng điện trong dây quấn với từ thông tản. Trường hợp hai dây quấn cùng chiều cao và các vòng dây quấn phân bố đều trên toàn chiều cao : từ trường tản có thành phần dọc trục với từ cản B và thành phần ngang trục với từ cảm B', ứng với mỗi từ trường tản sẽ có lực tác dụng tương ứng. Từ trường tản dọc B tác dụng với dòng điện gây nên lực hướng kính Fr. ta có : Fr = 0,628 (imaxW)2 ì B ì kr ì 10–6 (N) = 0,628 ì (600 ì 1488)2 ì 2,0 ì 0,95 ì 10–6 = 951089,983 N Trong đó : imax Trị số cực đại của dòng điện ngắn mạch, imax = 600A. W Số vòng dây quấn cao áp ứng với điện áp định mức, W = W2đm = 1488 vòng kr Hệ số quy đổi từ trường tản, kr = 0,95 b Hệ số, b = 2,0 3. ứng suất nén do lực hướng kính gây nên. Fnr = = = 151447,45 (N) Trong đó : Fr Lực hướng kính, Fr = 951089,983 (N) * ứng suất nén. snr = (MN/m2 hay MPa) - ứng suất nén trong dây quấn hạ áp. snr1 = = = 21,374 MPa < 30 MPa. So với tiêu chuẩn, đối với dây đồng snr Ê 30MPa. Vậy thoả mãn điều kiện cho phép. - ứng suất kéo trong dây quấn cao áp. snr1 = = = 20,194 MPa < 30 MPa. So với tiêu chuẩn, đối với dây đồng snr Ê 30MPa. Vậy thoả mãn điều kiện cho phép. Trong đó : Fnr ứng suất do lực hướng kính gây nên, Fnr = 151447,45 N. T1 Tiết diện thực của dây quấn HA, T1 = 416,8 ì 10-6 m2. W1 Số vòng dây 1 pha của dây quấn HA, W1 = 17 vòng. T2 Tiết diện thực của dây quấn CA, T2 = 5,04 ì10-6 m2. W2 Số vòng dây 1 pha của dây quấn CA, W2 = 1488 vòng. 4. Lực chiều trục. F't = Fr (N) - Đối với dây quấn HA: F'1 = Fr (N) = = 38079,354 (N) Đối với dây quấn CA: F't2 = F't1 = 38079,3545 N. Trong đó: Fr Lực theo hướng kính, Fr = 951089,