Thiết kế máy biến áp ngâm dầu

k=1,03.1,03=1,06 Sau khi tớnh được trọng lượng sắt và dõy quấn ta cú thể tớnh được giỏ thành vật liệu núi chung là Trong đú: cFe, cdq tương ứng là giỏ 1kg sắt làm lừi và kim loại làm dõy quấn biến ỏp Thụng thường để dễ so sỏnh cỏc phương ỏn tớnh toỏn khỏc nhau, người ta biểu diển giỏ thành theo đơn vị qui ước, với cỏch chọn giỏ thành 1kg sắt làm đơn vị ,như vậy giỏ thành vật liệu tỏc dụng mỏy biến ỏp sẽ là trong đú kdqFe= là hệ số phụ thuộc vào vật liệu làm lừi sắt và kim loại làm dõy quấn .Với dõy quấn đồng tra bảng 16 trang 192 tài liệu 1 ta chọn kdqFe=1.825 2.3.2.5. Tớnh cỏc hệ số a. Hệ số lợi dung lừi thộp: kld=kc.kđ, kđ= trong đú Tt(hay Tg) là tiết thuần thộp hay tiết diện tỏc dụng của trụ hay gụng, Tg là tiết diện tỏc dụng toàn bộ hỡnh bậc thang của trụ hay gụng tra ở bảng 10 tài liệu 1 ta cú kđ=0,945 Kc= trong đú chọn so bộ bang 4 trang 186 tài liệu 1 kc=0,928, Tb là tiết diện hỡnh bậc thang đó kể đến cỏc chi tiết chiếm chỗ như đệm cỏch điện đai ộp lỗ bắt gụng. A= A1=5,663.104.a.A3kld= A2=3,605.104A2.kld.lo=(kg) B1=3,6.104kg.kld.A3(a+b)=(kg) Trong đú K hệ số tăng cường gụng 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 tớnh theo cụng thức 0,0206.x2(m2) 2.3.2.7. Tiết diện khe hở khụng khớ: mối nối chộo Tk’=Tt .=0,2913x2 2.3.2.8. Tổn hao khụng tải: xỏc định theo cụng thức (2-8) Với kpf hệ số kể đến ảnh hưởng của cỏc tổn hao phụ tra ở bảng 48 tài liệu 1 ta cú kpf =1.13, , pg=1,07(W/kg) Kpo hệ số gia tăng tổn hao cụng suất gúc 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. Cụng suất từ húa: theo cụng thức 5-31 tài liệu 1 Q=+ +6. ”.. T’ Trong đú hệ số ’ đối với thộp MX4 cú ủ sau khi cắt dập là 1.13, Ứng mỏy cú cụng suất từ 400 đến 630 cú ”=1.06 qt= 1.976, qg =1.479 , tra bang 53 ta co =27.95 Ứng với B= B/=1.15966 Ta cú B=1.1, q=1900 ; B=1.2, q=3700 Dựng phương phỏp nội suy ta cú yt=y1+ >(W/kg) 2.3.2.10. Trọng lượng sắt gúc nối mạch từ = =22.437x 2.3.2.11. Dũng điện khụng tải - Dũng điện khụng tải tỏc dụng ior=% - Dũng điện khụng tải phản khỏng i0x=% - Dũng điện khụng 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 ỏn Theo bảng đó tớnh và đồ thị đó vẽ thỡ cỏc đại lượng được quan tõm theo , GFe, Gdq, po, io, Ctd’=f() Với giới hạn po=1000(w) đó cho ta tỡm được trờn đồ thi po=f( )tri số , với io=2% ta tỡm được trờn đồ thị io=f() mọi trị số thỏa món .Trờn đồ thị Ctd=f() cho trị số ứng với Ctd=f() --> min nếu Ctd khụng vượt quỏ 1% so với giỏ trị Ctdmin thỡ biến thiờn trong một giải khỏ rộng từ 1,41-2,37. Vậy ta chọn Từ đú suy ra đường kớnh trụ sắt lừi thộp: =0,194(m) - Để đảm bảo hệ số điền đầy, tiờu chuẩn cỏc tập lỏ thộp trong trụ ta phải chọn đường kớnh trụ theo tiờu chuẩn theo bảng ta chọn d=0,2(m). Sau khi chọn đường kớnh trụ theo tiờu chuẩn ta tớnh lại trị số . Khi đú trị số này nằm trong giới hạn Ctd và I0 cho phộp. Đồng thời P0=1041 , sai lệch tổn hao khụng tải = Theo quy định tổn hao khụng tải khụng vượt quỏ 7,5% so với tổn hao tiờu chuẩn vậy với =1.75 thỏa man yờu cầu về P0. Vậy =1.75 thỏa món yờu cầu P0, Ctd,I0 . Chọn =1.75 - Trị số trung bỡnh sơ bộ của rónh dầu d12=a.d=1,33.0,2=0,266(m) - Chiều cao cuộn dõy l=0,4774(m) -Tiết diện hữu hiệu của trụ thuần sắt Tt=kđ.Tb=0,945.0,0288=0,0272(m), trong đú Tb =0,0288 tra theo bảng 42 tài liệu 1 Những đại lượng trờn chỉ là tớnh toỏn sơ bộ nhưng rất cần thiết cho những tớnh toỏn về sau và chỳng được tớnh lại sau khi mỏy biến ỏp đó được thiết kế cụ thể CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN DÂY QUẤN MÁY BIẾN ÁP 3.1. CÁC YấU CẦU CHUNG ĐỐI VỚI DÂY QUẤN Yờu cầu chung về dõy quấn cú thể chia thành hai loại yờu cầu sau đõy: yờu cầu về vận hành và yờu cầu về chế tạo. 3.1.1. Yờu cầu về vận hành Cú thể chia thành yờu cầu về mặt điện và mặt cơ a) Về mặt điện Khi vận hành dõy quấn mỏy biến ỏp cú điện ỏp, do đú cỏch điện của mỏy biến ỏp phải tốt, nghĩa là phải chịu được điện ỏp làm việc bỡnh thường và quỏ điện ỏp do đúng cắt mạch trong lưới điện hay do quỏ điện ỏp thiờn nhiờn gõy nờn. Quỏ điện ỏp do đúng cắt với điện ỏp làm việc bỡnh thường, thường chủ yếu là đối với cỏch điện chớnh của mỏy biến ỏp, tức là cỏch điện giữa cỏc dõy quấn với nhau và giữa dõy quấn với vỏ mỏy. Cũn quỏ điện ỏp do sột đỏnh lờn đường dõy thường ảnh hưởng cỏch điện dọc của mỏy biến ỏp. Tức là giữa cỏc vũng dõy, lớp dõy hay giữa cỏc bỏnh dõy của từng dõy quấn. b) Về mặt cơ học Dõy quấn khụng bị biến dạng hoặc hư hỏng dưới tỏc dụng của lực cơ học do dũng điện ngắn mạch gõy nờn. c) Về mặt chịu nhiệt Khi vận hành bỡnh thường cũng như trong trường hợp ngắn mạch, trong một thời gian nhất định, dõy quấn khụng được núng quỏ nhiệt độ cho phộp. Vỡ lỳc đú chất cỏch điện sẽ bị núng qỳa mà chúng hư hỏng hoặc bị già húa làm cho nú mất tớnh đàn hồi, húa giũn và mất tớnh chất cỏch điện. Vỡ vậy khi thiết kế phải đảm bảo sao cho tuổi thọ của chất cỏch điện đạt từ 15 đến 20 năm. 3.1.2. Yờu cầu về chế tạo Yờu cầu sao cho kết cấu đơn giản, tốn ớt nguyờn liệu và nhõn cụng, thời gian chế tạo ngắn và giỏ thành hạ nhưng vẫn đảm bảo được cỏc yờu cầu về mặt vận hành. 3.2. THIẾT KẾ DÂY QUẤN HẠ ÁP 3.2.1. Lựa chọn kết cấu dõy quấn hạ ỏp Việc lựa chọn kết cấu dõy quấn kiểu nào là phải tựy thuộc vào yờu cầu về vận hành và chế tạo trong nhiệm vụ thiết kế. Những yờu cầu chớnh 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 chỳng : dũng điện tải trờn một trụ It, cụng suất trờn trụ S’ , điện ỏp định mức và tiết diện ngang một vũng dõy s. Trước hết ta phải xỏc định tiết diện của mỗi vũng dõy của dõy quấn hạ ỏp theo biểu thức: (3-1) : mật độ dũng điện trung bỡnh trong dõy quấn được xỏc định theo biểu thức: = Trong đú uv là điện ỏp của một vũng dõy được xỏc định theo cụng thức: uv=4,44.f.St.Bt=4,44.50.0,0272.1,64=9,909(V) Ta cú số vũng dõy của một pha dõy quấn hạ ỏp w2==23,3(vũng) ta chọn w2 là 24 vũng Tớnh lại điện ỏp của một vũng dõy uv==9,623(V) ==2,82.106(A/m2) Tiết diện sơ bộ vũng dõy: 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 dõy quấn hỡnh ống 2 lớp, dõy dẫn hỡnh chữ nhật, số vũng dõy mỗi lớp là 12 vũng. Với dõy quấn hỡnh ống kộp hai lớp quấn nối tiếp với nhau. Quấn lớp trong từ trờn xuống dưới sau đú quấn lớp ngoài quấn ngược từ dưới lờn. Như vậy đầu dõy lớp trong và đuụi dõy lớp ngoài cú điện ỏp bằng điện ỏp pha dõy quấn. Giữa hai lớp dõy quấn cú rónh dầu làm mỏt dày 6 (mm) 3.2.2. Tớnh toỏn dõy quấn hạ ỏp - Chiều cao hướng trục mỗi vũng dõy: kể cả cỏch điện, sơ bộ cú thể tớnh hv2==0,01909 (m) Số vũng dõy được tăng thờm 1là vỡ muốn quấn thành ống phải chuyển sang vũng sau đú mới quấn được tuy mới được một vũng nhưng chiều cao phải được tăng thờm 1 vũng ở chỗ chuyển vũng Căn cứ vào hv2 và s2’ ta chọn dõy dẫn, theo bảng 44-10 tài liệu 2 ta chọn kớch thứơc dõy dẫn cuộn hạ ỏp như sau: 4x 59,6 mm2 4 là số sợi dõy chập chiều dày cỏch điện hai phớa là - Tiết diện của mỗi vũng dõy gồm 5 sợi chập đó chọn là s2=4.59,6=238,4(mm) - Mật độ dũng điện thực của sõy quấn ==3,027(A/mm2) - Chiều cao tớnh toỏn của dõy quấn hạ ỏp 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 cỏch 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 lờn kể đến việc quấn khụng chặt lấy bằng 0.005m Hỡnh 3-1: Dựng để xỏc định kớch thước của dõy quấn hạ ỏp - Bề dày của dõy quấn hạ ỏp: đối với dõy quấn hỡnh ống kộp ta cú a2=(2.a’+a22)=(2.7.22 +6)= 20,44(mm), trong đú a’ bề dày một lớp kể cả cỏch điện a22 là bề rộng rónh dầu ở giữa hai lớp: - Đường kỡnh trong của dõy quấn hạ ỏp D2’=d+2.a01=200+2.5=210 (mm) - Đường kớnh ngoài của dõy quấn hạ ỏp D2’’=D2’+2.a2=210+2.20.44=250,88 (mm) - Bề mặt làm lạnh của dõy quấn hạ ỏp: theo cộng thức 3-17 M2=(n+1)t.k.(D2’+D2’’)l2 trong đú n là số rónh dầu dọc trục của dõy quấn hạ ỏp: n=1, k=0,75 là hệ số kể đến sự che khuất bề mặt dõy quấn do que nờm và cỏc chi tiết cỏch điện khỏc --> M2=(1+1)3.0,75. (210+250,88).10-3.521,045.10-3=3.9316 (m2) -Trọng lượng của dõy quấn hạ ỏp: tớnh theo cụng thức 4-4a trang 103 tài liệu 1 =>GCu2=110,54 (kg), theo bảng 24 tài liệu 1 cần phải tăng trọng lượng dõy dẫn do cỏch điện lờn 2% nờn trọng lượng của dõy dẫn là Gdd2=1,02 .GCu2=1,02.110,54=112,75 (kg) 3.2.3. Bố trớ dõy quấn hạ ỏp Dõy quấn hạ ỏp được quấn thành hai lớp. Vỡ dõy quấn hạ ỏp làm bằng dõy dẫn hỡnh chữ nhật nờn để quấn được dõy dọc theo đường trũn trụ ta bố trớ 11 căn dọc bằng gỗ. Kớch thước của căn dọc cụ thể như sau 4x20x454 mm . Căn dọc được đặt trờn lớp cỏch điện dày 1 mm quấn quanh trụ . Quấn xong lớp thứ nhất ta lại đặt 12 căn dọc với kớch thước 6x20x 454 mm để làm rónh dầu dọc trục làm mỏt dõy quấn. Hỡnh 3-2: Dõy quấn hạ ỏp 3.3. THIẾT KẾ DÂY QUẤN CAO ÁP - Số vũng dõy của dõy quấn cao ỏp ứng với điện ỏp định mức w1đm=w2 =2286(vũng ) - Số vũng dõy của cỏc nức điều chỉnh điện ỏp Vỡ mỏy biến ỏp làm việc với tải luụn luụn thay đổi. Khi tải thay đổi, điện ỏp của mỏy biến ỏp thay đổi theo. Để duy trỡ điện ỏp ra ổn định, cần phải thiết kế cỏc đầu dõy điều chỉnh điện ỏp để thay đổi số vũng cho thớch hợp. Cỏc đầu điều chỉnh điện ỏp ta bố trớ trờn cuộn dõy cao ỏp, vỡ bản thõn cuộn cao ỏp cú nhiều vũng dõy cú thể điều chỉnh chớnh xỏc, mặt khỏc dũng điện nhỏ nờn cú thể làm bộ đổi nối nhỏ, gọn. Khi muốn tăng hay giảm điện ỏp cuộn hạ ỏp thỡ phải giảm hay tăng số vũng dõy của cuộn cao ỏp vỡ vậy ta cú thể điều chỉnh điờn ỏp ra của cuộn hạ ỏp một cỏch ổn định. Tiờu chuẩn quốc tế những năm gần đõy qui định như sau. Tất cả những mỏy biến ỏp dầu cụng suất từ 25 đến 200000 KVA khi điều chỉnh khụng cú kớch thớch thỡ cuộn cao ỏp cú 4 cấp điều chỉnh điện ỏp là +5%, +2,5%, -2,5%, -5% điện ỏp định mức. Việc chuyển đổi cỏc đầu điều chỉnh điện ỏp được tiến hành nhờ bộ đổi nối riờng đặt trong mỏy biến ỏp cú tay quay điều khiển gắn trờn nắp thựng Số vũng dõy của cỏc nấc điều chỉnh điện ỏp như sau: - Số vũng dõy ứng với một nấc điờu chỉnh wđc=0,025w1đm=0,025.2286=57 (vũng ) --> 22000-5%-điện ỏp dõy: w11=2286-2.wđc=2286-2.57=2172(vũng) -->22000-2,5%-điện ỏp dõy: w12=2286-wđc=2286-57=2229(vũng ) -->22000 : w1=2286 (vũng) -->22000+2,5%-điện ỏp dõy: w13=2286+wđc=2286+57=2343(vũng) -->22000+5% -điện ỏp dõy: w14=2286+2.wđc=2286+2.57=2400(vũng ) Khi điều chỉnh điện ỏp sẽ cú một số vũng dõy khụng cú dũng điện do đú lực tỏc dụng lờn trọng tõm dõy quấn lệch đi làm cho mỏy biến ỏp phải chịu những lực chiều trục đỏng kể. Để giảm tỏc dụng của lực chiều trục ta bố tri cuộn giõy điều chỉnh điện ỏp đặt ở giữa dõy quấn. Để cú điện ỏp khỏc nhau bờn cao ỏp phải cú đổi nối như sau Điện ỏp Cỏc cực của dõy quấn 23100 A2A3 B2B3 C2C3 22550 A3A3 B3B4 C3C4 22000 A4A5 B4B5 C4C5 21450 A5A6 B5B6 C5C6 20900 A6A7 B5B7 C6C7 Hỡnh 3-4: Sơ đồ điều chỉnh điện ỏp của dõy quấn cao ỏp - Sơ bộ chọn mật độ dũng điện: theo cụng thức 3-30 tài liệu 1 =2. 2,82-3,027=2,613(A/mm2) - Sơ bộ chọn tiết diện dõy dẫn s1’==2,9(mm2) - Theo bảng 38 chọn dõy quấn cao ỏp: với S=500(KVA), Uf1=22(KV), If1=7,576(A) ta chọn kiểu dõy quấn hỡnh ống nhiều lớp, dõy dẫn trũn, theo bảng 44-11 trang 606 tài liệu 1 ta chọn dõy dẫn mó hiệu ПЭлБО tiờu chuẩn sau : Cỏch điện hai phớa của dõy dẫn là 2.=0,21(mm), chỉ dựng một sợi dõy n=1 - Mật độ dũng điện thực ==2,533(A/mm2) - Số vũng dõy trong một lớp: theo cụng thức 3-34 tài liệu 1 w12= d1’=2.16 mm là đường kớnh dõy dẫn kể cả cỏch điện: l1=l2 =521,045 mm chiều cao dõy quấn cao ỏp lấy bằng chiều cao dõy quấn hạ ỏp w11=== 240 (vũng) - Số lớp của dõy quấn cao ỏp n11= (lớp) - Chiều cao dõy quấn hạ ỏp l1=(w11+1)d1’=(240+1)2,16=520.56 (mm) - Bố trớ dõy quấn D'' 2 D'' 1 D' 1 D' 2 d a 11 a 21 a 01 a 12 a 2 a 1 Dõy quấn cao ỏp được bố trớ làm hai nữa cú rónh dầu ở giữa để tăng cường làm mỏt cho dõy quấn. Vỡ nữa bờn trong tản nhiệt và làm mỏt khú hơn nờn ta chia số lớp ớt hơn, 4 lớp. Nữa ngoài làm mỏt và tản nhiệt tốt hơn nờn ta chia số lớp nhiều hơn,7 lớp. Dõy quấn điều chỉnh điện ỏp được bố trớ ở 2 lớp ngoài cựng. Hỡnh 3-4: Bố trớ dõy quấn để xỏc định kớch thước dõy quấn - Điện ỏp 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 cỏch điện giữa cỏc lớp U11=4619(4501-5000)V cỏch điện giữa cỏc lớp gồm 9 lớp giấy cỏp chiều dày của mỗi lớp mm. Đầu thừa cỏch điện lớp ở một đầu dõy quấn lđl=22 mm Kớch thước rónh dầu dọc giữa dõy quấn cao ỏp tra bảng 44b tài liệu 1 ta cú a11=6mm - Chiều dày dõy quấn cao ỏp: theo cụng thức 3-37a tài liệu 1 a1=[d1’(n+m)+6.[(n-1)+(m-1)]+a11].10-3, trong đú n=4, m=7 là số lớp của mỗi tổ lớp trong và ngoài dõy quấn cao ỏp: --> a1=[2,16(4+7)+6.0,12[(4-1)+(7-1)]+6].10-3=39,12.10-3 m - Đường kớnh trong của dõy quấn cao ỏp D1’=D2’’+2.a12=250,88+2.18=286,88 mm; a12 là bề rộng rónh dầu giữa dõy quấn cao ỏp và hạ ỏp a12=18mm tra theo điện ỏp thử của cuộn cao ỏp D2’’ đường kớnh ngoài của cuộn hạ ỏp - Đường kớnh ngoài của dõy quấn cao ỏp D1’’=D1’+2.a1=280+2. 40,2=365,12 mm - Trọng lượng của dõy quấn cao ỏp Trọng lượng của dõy quấn cao ỏp tớnh theo cụng thức 4-4a trang 103 tài liệu 1 =>GCu1= 186,812 (kg), cần phải tăng trọng lượng dõy dẫn do cỏch điện lờn 4% nờn trọng lượng của dõy dẫn là: Gdd2=1,04 .GCu2=1,04.186,812=194,285 (kg) - Bề mặt làm lạnh của dõy quấn cao ỏp Đối với dõy quấn cao ỏp cú hai tổ lớp , giữa chỳng cú rónh dầu làm lạnh tổ lớp trong quấn trực tiếp lờn ống cỏch điện thỡ cú ba mặt làm lạnh bề mặt làm lạnh được tớnh theo cụng thức 3-42c trang 94 tài liệu 1 2- dõy quấn 3- tấm lút cỏch điện lớp a 11 vành đệm bằng cỏch 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 Hỡnh 3-5: Dõy quấn cao ỏp : Đối với dõy quấn cao ỏp dõy dẫn trũn, nờn dõy quấn được quấn trờn ống nhựa bakelit chiều dày ống bakelit là 3 mm chiều cao là 454 mm để tăng cường làm mỏt giữa dõy quấn cao ỏp ta làm rónh dầu dọc trục để tạo rónh dầu ta bố trớ 12 căn dọc bằng gỗ để định dạng dõy quấn kớch thước căn dọc như sau 6x20x454 mm. Sau khi thiết kế xong dõy quấn ta phải tớnh toỏn kiểm tra xem dõy quấn thiết kế cú đảm bảo yờu cầu kỹ thuật đặt ra như tổn hao ngắn mạch, điện ỏp ngắn mạch. Dõy quấn cú 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 mỏy biến ỏp là tổn hao trong dõy quấn khi ngắn mạch một dõy quấn cũn dõy quấn kia đặt điện ỏp ngắn mạch Un để cho dũng điện trong cả hai dõy quấn đều bằng định mức. + Tổn hao ngắn mạch cú thể chia ra cỏc thành phần như sau - Tổn hao chớnh, tức là tổn hao đồng trong dõy quấn cao ỏp và hạ ỏp do dũng điờn gõy ra pCu1 và pCu2 - Tổn hao phụ trong hai dõy quấn do từ thụng tản xuyờn qua dõy quấn làm cho dũng điện phõn bố khụng đều trong tiết diện gõy ra pf1và pf2 - Tổn hao chớnh trong dõy dẫn ra pr1, pr2 - Tổn hao phụ trong dõy dẫn ra. Tổn hao này rất nhỏ ta cú thể bỏ qua - Tổn hao trong vỏch thựng dầu và cỏc kết cấu kim loại khỏc pt do từ trường tản gõy nờn Thường tổn hao phụ được gộp vào trong tổn hao chớnh bằng cỏch thờm vào hệ số tổn hao phụ. Vậy tổn hao ngắn mạch sẽ được tớnh theo biểu thức: pn=pCu1.kf1+pCu2.kf2+pr1+pr2+pt (W) 4.1.1. Tổn hao chớnh - Tổn hao trong dõy quấn hạ ỏp pCu2=2,4 GCu2=2,4.3,0272. 110,54=2431,16(W) - Tổn hao trong dõy quấn cao ỏp pCu1=2,4 GCu1=2,4. 2,5332. 186,812=2878(W) 4.1.2 . Tổn hao phụ trong dõy quấn Như trờn đó núi tổn hao phụ thường được ghộp vào tổn hao chớnh bằng cỏch thờm hệ số kf vào tổn hao chớnh: pCu+pf=pCu.kf B l m dõy dẫn n a fd b n dõy dẫn k 2 1 Do đú việc xỏc định tổn hao phụ là xỏc định trị số kf. Trị số này đụi với mỗi loại dõy quấn sẽ khỏc nhau. Nú phụ thuộc vào kớch thước hỡnh học của mỗi loại dõy dẫn, vào sự sắp xếp của dõy dẫn trong từ trường tản ... Người ta đó tỡm ra biểu thức tớnh toỏn của kf như sau: - Dõy quấn hạ ỏp Hỡnh 4-1 : Dựng để xỏc định tổn hao trong dõy quấn hạ ỏp Đối với dõy dẫn hạ ỏp với dõy quấn hỡnh chữ nhật với n=2 theo cụng thức 4-10a kf2=1+0,095.108.a4.(n2-0,2), trong đú =, m=12.4=48 số thanh dẫn song song với từ trường tản, b=9,3mm kớch 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 gúc với từ trường tản, a=6,5 mm kớch thước của thanh dẫn thẳng gúc 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 - Dõy quấn cao ỏp l fd m dõy dẫn n dõy dẫn Hỡnh 4-2: Dựng để xỏc định tổn hao trong dõy quấn cao ỏp Đối với dõy quấn cao ỏp dựng dõy dẫn trũn theo cụng thức 4-10c trang 105 tài liệu 1 ta cú kf1=1+0,044.108 d4.n2 trong đú , d=1,95 mm là đường kớnh dõy dẫn trũn, 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 dõy quấn pCu1.kf1+pCu2.kf2=pCu+pf=2431,16. 1,0149+2878. 1,0056=5361,9(W) 4.1.3. Tổn hao chớnh trong dõy dẫn ra Tương tự như tổn hao trong dõy quấn tổn hao trong dõy dẫn ra xỏc định bằng biểu thức - Đối với dõy quấn hạ ỏp pr2=2,4..Gr2 (W) =3,027 (A/mm2) lấy bằng mật độ dũng điện trong dõy dẫn hạ ỏp Gr2=lr2.sr2.(kg) , lr2 chiều dài của dõy dẫn ra gần đỳng cú thể lấy như sau đối với dõy quấn hạ ỏp nối sao theo 4-14 trang 106 tài liệu1 ta cú: lr2=7,5l=7,5.520.56= 3904 mm , sr2 tiết diện của dõy dẫn ra lấy bằng tiết diện vũng dõy của cuộn hạ ỏp sr2=238,4 mm2, = 8900 (kg/m3) trọng lượng riờng 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 dõy quấn cao ỏp pr1=2,4..Gr1 (W) =2,533 (A/mm2) lấy bằng mật độ dũng điện trong dõy dẫn cao ỏp Gr1=lr1.sr1. (kg), lr1 chiều dài của dõy dẫn ra gần đỳng cú thể lấy như sau đối với dõy quấn cao ỏp nối tam giỏc theo 4-15 trang 106 tài liệu1 ta cú: lr1=14l=14.520,56= 7288 mm, sr1 tiết diện của dõy dẫn ra lấy bằng tiết diện vũng dõy của cuộn hạ ỏp sr1=2,99 mm2 , = 8900 (kg/m3) trọng lượng riờng 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 vỏch thựng và cỏc chi tiết kim loại khỏc Như đó biết, một phần từ thụng tản của mỏy biến ỏp khộp mạch qua vỏch thựng dầu, cỏc xà ộp gụng, cỏc bu lụng và cỏc chi tiết bằng sắt khỏc. Tổn hao phỏt sinh trong cỏc bộ phận này chủ yếu là vỏch thựng dầu cú liờn quan đến tổn hao ngắn mạch. Tổn hao này khú tớnh chớnh xỏc được. Vỡ kớch thước thựng dầu chưa biết thỡ đối với mỏy biến ỏp hai dõy quấn ta tớnh gần đỳng theo cụng thức sau 4-21 tài liệu 1 pt=10.k.S, trong đú k là hệ số xỏc 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 mỏy biến ỏp 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 ỏp 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 yờu cầu đặt ra Pnđm =5477,36< Pn=5500 yờu cầu nờn tổn hao ngắn mạch đạt tiờu chuẩn tổn hao ngắn mạch 4.2. XÁC ĐỊNH ĐIỆN ÁP NGẮN MẠCH Điện ỏp ngắn mạch của mỏy biến ỏp hai dõy quấn un là điện ỏp đặt vào một dõy quấn với tần số định mức, cũn dõy kia nối ngắn mạch sao cho dũng điện cả hai phớa đều bằng cỏc dũng điện định mức tương ứng. Trị số un là một tham số rất quan trọng ảnh hưởng tới những đặc tớnh vận hành cũng như kết cấu của mỏy biến ỏp. Thật vậy - Khi un bộ thỡ dũng điện ngắn mạch In lớn gõy nờn lực cơ học trong mỏy biến ỏp lớn - Khi un lớn thỡ điện ỏp giỏng ở trong mỏy tăng lờn ảnh hưởng đến cỏc hộ dựng điện - Sự phõn phối tải giữa cỏc mỏy biến ỏp làm việc song song cú un khỏc nhau sẽ khụng hợp lý Do đú để dung hũa hai ảnh hưởng đầu thụng thường người ta tiờu chuẩn húa cỏc điện ỏp ngắn mạch. Đồng thời qui định hai mỏy biến ỏp làm việc song song phải cú un chờnh lệch khụng quỏ 10%. Vỡ vậy khi tớnh toỏn chỉ cho phộp sai lệch với un tiờu chuẩn là 5% để đề phũng khi chế tạo sai lệch 5% là vừa 4.2.1. Tớnh thành phần điện ỏp ngắn mạch tỏc dụng Thành phần điện ỏp ngắn mạch tỏc dụng là thành phần điện ỏp rơi trờn điện trở cuộn cao ỏp và hạ ỏp của mỏy biến ỏp được xỏc định theo cụng thức 4-22 trang 110 tài liệu 1 unr= =1,095% trong đú: pn là tổn hao ngắn mạch của mỏy biến ỏp (W) S là dung lượng định mức của mỏy biến ỏp (kVA) 4.2.2. Thành phần điện ỏp ngắn mạch phản khỏng unx Thành phần điện ỏp ngắn mạch phản khỏng là thành phần điện ỏp ngắn mạch rơi trờn điện khỏng tản của dõy quấn cao ỏp và hạ ỏp. Đối với mỏy dõy quấn đồng tõm hai dõy quấn cú chiều cao bằng nhau theo cụng thức 4-23 tài liệu 1 ta cú unx = trong đú : d12=D2’’+a12=250.88+18=268.4 mm, là đường kớnh trung bỡnh của dõy quấn, l=520,56 mm là chiều cao dõy 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 thụng tản thực tế khụng hoàn toàn đi theo dọc trục. Thay số vào ta dược unx === 4,058% 4.2.3. Điện ỏp ngắn mạch toàn phần Sau khi đó xỏc định được unr, unx ta cú thể tớnh được un theo biểu thức un= 4,203% 4.2.4. Sai lệch của điện ỏp ngắn mạch so với tiờu chuẩn .100= 5,08% Võy sai lệch này nằm trong lõn cận 5% cú thể chấp nhận được. Dõy quấn thiết kế đảm bảo yờu cầu tiờu chuẩn về điện ỏp ngắn mạch 4.3. TÍNH LỰC CƠ HỌC CỦA DÂY QUẤN MÁY BIẾN ÁP Khi mỏy biến ỏp bị sự cố ngắn mạch thỡ dũng điện ngắn mạch sẽ rất lớn. Những vấn đề về nhiệt đối với mỏy biến ỏp khụng quan trọng lắm vỡ quỏn tớnh nhiệt lớn nờn để đốt núng được dõy quấn núng quỏ trị số cho phộp thỡ cỏc thiết bị bảo vệ và mỏy ngắt tự đụng ngắt phần sự cố ra khỏi lưới điện, do đú vấn đề cũn lại là lực cơ học gõy nờn tỏc dụng nguy hiểm đối với dõy quấn mỏy biến ỏp. Bởi vậy để đảm bảo cho mỏy biến ỏp làm việc an toàn, khi thiết kế phải xột đến những lực cơ học tỏc dụng lờn dõy quấn khi ngắn mạch xem độ bền cơ của dõy quấn cú đủ hay khụng. Do vậy - Phải xỏc định trị số cực đại của dũng điện ngắn mạch. - Xỏc định lực cơ học giữa cỏc dõy quấn. - Tớnh ứng lực cơ của cỏc đệm cỏch điện giữa cỏc dõy quấn và bản thõn dõy quấn. l B a2 a12 a1 Fr Fr 2 1 B' Hỡnh 4-3: Từ trường dọc và ngang trong dõy quấn đồng tõm 4.3.1. Tớnh dũng điện ngắn mạch cực đại a) Trị số hiệu dụng của dũng điện ngắn mạch xỏc lập Đối với mỏy biến ỏp cụng suất nhỏ hơn 1000(KVA), thường tớnh dũng điện ngắn mạch xỏc lập theo biểu thức sau. In= (A) Dũng điện ngắn mạch phớa sơ cấp cú giỏ trị lớn nhất khi điện ỏp phớa sơ cấp cú giỏ trị nhỏ nhất. Điện ỏp thấp nhất phớa sơ cấp. U1’=U1-0,05.U1=22000-22000,0,05=20900 (V) Tương ứng với dũng điện sơ cấp cực đại I1’==13,81 (A) If1’===7,974 (A) - Dũng điện ngắn mạch xỏc lập phớa sơ cấp In1===189,715 (A) - Dũng điện ngắn mạch xỏc lập phớa thứ cấp In2==17169,2 (A) b) Trị số cực đại (hay xung kớch) của dũng điện ngắn mạch - Dũng điện ngắn mạch cực đại sơ cấp Iko1=1,8.In1=1,8. .189,71=482,94 (A) - Dũng điện ngắn mạch cức đại thứ cấp Iko2=1,8.In2=1,8. .17,169=43705,5 (A) 4.3.2. Tớnh lực tỏc dụng lờn cỏc dõy quấn - Áp lực trung bỡnh tỏc dụng lờn 1 cm2 bề mặt dõy quấn là: theo cụng thức 8-8 trang 53 tài liệu 2 ta cú p=6,4.()2.10-8=6,4()2.10-8=28,785 (kG/cm2) - Ứng lực kộo lờn dõy quấn sơ cấp: theo cụng thức ds1 đường kớnh trung bỡnh của dõy quấn sơ cấp ds1=D1’+a1=28,69+3,91=32,6 cm .28,79 =3,57 kG/mm2 - Ứng lực nộn đối với dõy quấn thứ cấp ds2 là đường kớnh trung bỡnh của dõy quấn thứ cấp ds2=D2’’-a2=25,09-2,04=23,05 cm ==3,017 (kG/mm2) Đối với dõy đồng ứng lực cho phộp là kcp=5-10( kG/mm2 ). Vậy qua số liệu tớnh toỏn ở trờn ta thấy dõy quấn của mỏy biến ỏp chịu được ứng lực kộo và ứng lực nộn khi xẩy ra ngắn mạch `- Lực hướng kớnh tỏc dụng lờn toàn bề mặt dõy quấn là: tớnh theo cụng thức 8-7 trang 53 tài liệu 2 Fr =6,4(w1.Iko1)2, trong đú 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 dõy quấn là trực đối nhau, cú tỏc dụng ộp đối với dõy quấn hạ ỏp và cú tỏc dụng trương đối với dõy quấn cao ỏp - Từ trường tản ngang B’ tỏc dụng với dũng điện sinh ra lực chiều trục Ft’ . Trị số B’ phụ thuộc vào chiều cao l và bề rộng của dõy quấn, nếu dõy