Đồ án môn học: Thiết kế máy biến áp dầu 3pha dung lượng 320 KVA cấp 22/0.4 KV TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Khoa Kỹ thuật & Công nghệ Độc lập- Tự do- Hạnh phúc Bộ môn Thiết bị điện -------------------------- ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT BỊ ĐIỆN. Họ và tên sinh viên: Thái Tấn Hùng Lớp : Điện Kỹ Thuật K31 Khóa 31 (2008-2013). 1.Đề tài thiết kế: Thiết kế máy biến áp dầu 3 pha hạ áp , 2 dây quấn với các số liệu sau: Tổng dung lượng máy biến áp: S dm = 320 kVA. Số pha máy biến áp : m = 3. Tần số : f = 50 Hz. Điện áp định mức: - Phía cao áp : U 1 = 22 kV. - Phía hạ áp : U 2 = 0.4 kV. Tổ nối dây : Y/Y 0 Đầu phân áp : ± 2 x 2,5%. Máy biến áp được làm mát bằng dầu. Máy biến áp làm việc dài hạn và thiết bị được đặt trong nhà hoặc ngoài trời. Dòng điện ngắn mạch: U n = 4,5 % Tổn hao ngắn mạch : P n = 5,2 kW. Tổn hao không tải : P 0 = 1,2 kW. Dòng điện không tải : I 0 = 2,5 %. 2.Nội dung các phần thuyết minh và tính toán. Xác định các đại lượng và kích thước cơ bản, thiết kế dây quấn và mạch từ máy biến áp. Tính toán ngắn mạch. Tính toán nhiệt và vỏ thùng. 3.Các bản vẽ - - - GVHD: Ts.ĐOÀN ĐỨC TÙNG Page SVTH: Thái Tấn Hùng Đồ án môn học: Thiết kế máy biến áp dầu 3pha dung lượng 320 KVA cấp 22/0.4 KV 4. Cán bộ hươ ́ ng dâ ̃ n: T.S Đoàn Đức Tùng Nga ̀ y giao đê ̀ : 01/09/2012 Nga ̀ y hoa ̀ n tha ̀ nh: . Nga ̀ y 01 tha ́ ng 09 năm 2012 GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ tên) Đoàn Đức Tùng GVHD: Ts.ĐOÀN ĐỨC TÙNG Page SVTH: Thái Tấn Hùng Đồ án môn học: Thiết kế máy biến áp dầu 3pha dung lượng 320 KVA cấp 22/0.4 KV MỤC LỤC CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT GVHD: Ts.ĐOÀN ĐỨC TÙNG Page SVTH: Thái Tấn Hùng Đồ án môn học: Thiết kế máy biến áp dầu 3pha dung lượng 320 KVA cấp 22/0.4 KV LỜI MỞ ĐẦU. Ở nước ta, ngành chế tạo máy đã ra đời ngay từ buổi đầu hòa bình lập lại, đến nay chúng ta đã sản xuất được một khôi lượng khá lớn máy biến áp với nhiều chủng loại khác nhau để phục vụ cho nhiều ngành sản xuất trong nước và xuất khẩu. Có thể nói rằng máy biến áp là một thiết bị không thể thiếu trong hệ thống điện. Muốn truyền tải và phân phối điện năng từ nhà máy đến các hộ tiêu thụ thường phải thông qua nhiều lần tăng và giảm điện áp. Do đó tổng công suất của máy biến áp trong hệ thống điện thường gấp nhiều lần công suất trạm phát điện.Thiết kế tối ưu sẽ đảm bảo cho máy biến áp vận hành tốt và chi phí sản xuất nhỏ. Trong các trạm biến áp, ta tính chọn đúng máy biến áp sử dụng sẽ đảm bảo được các chỉ tiêu chất lượng điện năng và nâng cao tính kinh tế, góp phần hạ thấp giá thành điện năng. Với những kiến thức đã học cùng với sự tìm tòi nghiên cứu, em nhận thấy việc thiết kế máy biến áp sẽ giúp cho em hiểu hơn về máy điện cũng như các quá trình xảy ra trong hệ thống điện có liên quan tới máy biến áp, nên em chọn đề tài cho đồ án môn học của mình là:”thiết kế máy biến áp dầu 3 pha, hai dây quấn, dung lượng 320 kVA, điện áp 22 kV/0,4 kV”. Nhiệm vụ thiết kế: Tính toán máy biến áp dầu ba pha có số liệu sau: - Tổng dung lượng máy biến áp S= 320 kVA; - Số pha m = 3; Tần số f = 50 Hz; - Điện áp hạ áp: U 2 = 0,4 kV; Điện áp cao áp: U 1 = 15 kV; - So đồ nối dây Y/Y 0 . Máy biến áp chế tạo theo tiêu chuẩn gam mới, có các đặc tính: điện áp ngắn mạch U n = 4,4%; tổn hao ngắn mạch P n = 5200 W; Tổn hao không tải P 0 = 1200 W; dòng điện không tải I 0 = 2,5%. Làm lạnh bằng dầu biến áp. Thiết bị đặt ngaòi trời. thiết kế dây dẫn bằng đồng, loại máy biến áp ba pha ba trụ cấu trúc phẳng. Do kiến thức còn hạn hẹp nên việc thiết kế không tránh khỏi sai sót.Rất mong sự góp ý của quý thầy cô và các bạn để em có thêm kiến thức khi bước vào đời và để đồ án được hoàn thiện. Em xin chân thành cảm ơn thầy hướng dẫn: Đoàn Đức Tùng đã giúp em hoàn thành đồ án này, xin chân thành cảm ơn quý thầy cô. GVHD: Ts.ĐOÀN ĐỨC TÙNG Page SVTH: Thái Tấn Hùng Đồ án môn học: Thiết kế máy biến áp dầu 3pha dung lượng 320 KVA cấp 22/0.4 KV Bình Định, ngày…, tháng…, năm 2012 Sinh viên thực hiện Thái Tấn Hùng GVHD: Ts.ĐOÀN ĐỨC TÙNG Page SVTH: Thái Tấn Hùng Đồ án môn học: Thiết kế máy biến áp dầu 3pha dung lượng 320 KVA cấp 22/0.4 KV Chương 1: CHỌN SƠ BỘ CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA MÁY BIẾN ÁP I. XÁC ĐỊNH CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐIỆN CƠ BẢN 1. Dung lượng một pha S f = m S dm = 106,67 (kVA). Dung lượng trên mỗi trụ: S ’ = t S dm = 3 320 = 106,67 (kVA) . 2. Dòng điện dây định mức: - Phía cao áp: I 1 = dm dm U S 1 3 .3 10. = 3 3 320 10 3 22 10 . . . = 8,383 (A) . - Phía hạ áp: I 2 = dm dm U S 2 3 .3 10. = 3 3 10.4,0.3 10.320 = 461,88 (A) 3. Dòng điện pha định mức: Vì dây quấn nối Y/Y 0 nên: I f1 = I 1 = 8,383 (A) ; I f2 =I 2 = 461,88 (A) . 4. Điện áp pha định mức: - Phía cao áp: U f1 = 3 U dm1 = 3 22 10 3 . = 12701,706 (V) - Phía hạ áp: U f2 = 3 U dm2 = 3 10.4,0 3 = 230,940 (V) 5. Điện áp thử của các dây quấn: Để xác định khoảng cách cách điện giữa các dây quấn và giữa các phần khác của máy biến áp thì ta phải biết được điện áp thử của chúng. Với dây quấn U 1dm = 22kV và U 2dm = 0,4 kV ta tra trong bảng 2 tài liệu hướng dẫn ta được: Với U 1dm = 22kV ta có U th1 = 55 kV; Với U 2dm = 0,4 kV ta có U th2 = 5 kV. GVHD: Ts.ĐOÀN ĐỨC TÙNG Page SVTH: Thái Tấn Hùng Đồ án môn học: Thiết kế máy biến áp dầu 3pha dung lượng 320 KVA cấp 22/0.4 KV 6. Các thành phần điện áp ngắn mạch. Thành phần tác dụng của điện áp ngắn mạch: U nr = 10. n dm P S % = 320.10 5200 = 1,625 % Với n P tổn hao ngắn mạch ( n P =5200 W) Thành phần phản kháng của điện áp ngắn mạch: U nx = 22 nrn UU − = 2 2 4 4 1 625, ,− = 4,09% II. Chọn số liệu xuất phát và tính toán các kích thước cơ bản Các kích thước cơ bản của máy biến áp 1. Chiều rộng quy đổi của rãnh từ tản giữa dây quấn cao áp và hạ áp: Với U th1 = 55 kV, theo bảng 19 [TL1] ta có a 12 = a 22 = 20mm, 12 δ = 4 mm. trong rãnh a 12 đặt ống cách điện dày 12 δ = 4 mm. Theo bảng công thức (2-36) và bảng 12 [TL1] ta chọn k = 0,60 (với k là hệ số phụ thuộc vào công suất máy biến áp,điện áp dây quấn và tổn hao ngắn mạch.) 3 aa 21 + = k. 4 ' S .10 -2 = 0,60. 4 67,106 .10 -2 = 0,0193 (m) a R = a 12 + 1 2 3 a a+ = 0,02 +0,0193 = 0,0393 (m). GVHD: Ts.ĐOÀN ĐỨC TÙNG Page SVTH: Thái Tấn Hùng d 12 d a 12 l 0 a 2 CC a 01 a 22 a 1 l d : đường kính trụ sắt. l : chiều cao dây quấn. d 12: đường kính trung bình giữa hai dây quấn hay của rãnh dầu của hai dây quấn . a 1 bề rộng dây quấn cao áp. a 2 bề rộng dây quấn hạ áp. l 0 khoảng cách từ dây quấn đến gông. a 22 khoảng cách giữa hai dây quấn cao áp quấn ở hai trụ. a 01 bề rộng rãnh dầu giữa lõi thép và cuôn hạ áp. a 12 khoảng cách cách điện giữa dây quấn cao áp và dây quấn hạ áp. C khoảng cách giữa hai trụ. Lớp 1 Lớp 2 Đồ án môn học: Thiết kế máy biến áp dầu 3pha dung lượng 320 KVA cấp 22/0.4 KV với a R là chiều rộng quy đổi từ trường tản 2. Hệ số Rogovski: là hệ số quy đổi từ trường tản lý tưởng về từ trường thực, giá trị này thường không đổi và có giá trị là k r = 0,95 3. Ta chọn tôn cán lạnh mã hiệu 3404 có chiều dày 0,35 mm. Theo bảng 11 [TL1], ta chọn từ cảm trong trụ B t = 1,62 T, Cách ghép trụ: theo bảng 6 TL1, ta chọn cách ghép trụ bằng nêm và dây quấn. cách ép gông: ta chọn cách ép gông bằng xà ép, bu lông đặt phía ngoài gông. Chọn hệ số tăng cường gông k g = 1,025. Sử dụng lõi thép có bốn mối ghép xiên ở bốn góc của lõi, còn ba mối nối giữa dùng mối ghép thẳng lá tôn (như hình vẽ). Theo bảng 4 [TL1], ta chọn phương pháp ép trụ bằng nêm và dây quấn với số bậc thang trong trụ là 6, số bậc thang của gông lấy nhỏ hơn trụ một bậc tức là 5 bậc, hệ số chêm kín k c = 0,918. Tra trong bảng 10 [TL1], chọn hệ số điền dầy rãnh là k đ = 0,93. Hệ số lợi dụng lõi sắt k ld = k c .k đ = 0,918.0,93 = 0,8536. Theo bảng 6 [TL1], ta có hệ số tăng cường gông k g = 1,01 Từ cảm trong gông B g = g t k B = 1 62 1 01 , , =1,604 (T) với B t là cường độ từ cảm trong trụ, nếu chọn B t lớn thì đường kính lõi thép nhỏ nhưng tổn hao lõi thép lớn vì độ bão hòa của lõi thép tăng, nếu chọn B t nhỏ thì lãng phí thép. Do đó phải chọn B t cho phù hợp. Từ cảm ở khe hở không khí mối nối thẳng của trụ: B iT = B t = 1,62 (T), GVHD: Ts.ĐOÀN ĐỨC TÙNG Page SVTH: Thái Tấn Hùng Đồ án môn học: Thiết kế máy biến áp dầu 3pha dung lượng 320 KVA cấp 22/0.4 KV Từ cảm ở khe hở không khí mối nối thẳng của gông: B” k = g B = 1,604 (T) từ cảm ở khe hở không khí ở mối nối xiên B ’ k = 2 t B = 2 62,1 = 1,146(T). Suất tổn hao sắt ở trụ và gông, theo bảng 45 và 50 [TL1] với tôn chọn có mã hiệu là 3404 ta tra được các số liệu sau: Với B t = 1,62 T tra được p t = 1,353 (W/kg),q t = 1,958(VA/kg). Với B g = 1,604 T tra được p g = 1,298 (VA/kg), q g = 1,779 (W/kg). Suất từ hoá ở khe không khí: Với B ’’ kt = 1,62 (T) tra được q ’’ kt = 25100 VA/m 2 Với B ’’ kg = 1,60 (T) tra được q ’’ kg = 23500 VA/m 2 Với B ’ k = 1,146 (T) tra được q ’ k = 4000 VA/m 2 4. Các khoảng cách cách điện chính: Chọn theo U th1 = 55 kV của cuộn sơ cấp ( cao áp ) và U th2 = 5 kV của cuộn thứ cấp (hạ áp). Tra bảng 18 và 19 [TL1] ta có các số liệu sau: - Trụ và dây quấn hạ áp a 01 = 5 mm. - Dây quấn hạ áp và cao áp a 12 = 20 mm. - Bề dày cách điện hạ áp đến trụ 01 δ = 2x 0,5 mm - Ống chách điện giữa cao áp và hạ áp 12 δ = 4 mm. - Dây quấn cao áp và cao áp a 22 = 20 mm. - Tấm chắn giữa các pha 22 δ = 3 mm - Khoảng cách giữa dây quấn cao áp và gông l 0 = l 01 = l 02 = 50 mm - Phần đầu thừa của ống cách điện l đ = 20 mm. 5. Các hằng số a, b tính toán có thể lấy gần đúng và được tra trong bảng 13, 14 [TL1]: a = 1,4; b = d a 2 2 =0,42 6. Tra trong bảng 15 [TL1] ta được hệ số tính toán tổn hao phụ trong dây quấn, ở trong dây dẫn ra vách thùng và ở vài chi tiết kim loại khác do dòng điện xoáy gây nên, k f = 0,95. 7. Quan hệ giữa đường kính trung bình d 12 và chiều cao l của trụ sắt. Trong thiết kế người ta dùng hệ số β để chỉ quan hệ giữa chiều rộng và chiều cao của máy. β = l 12 d. π ; β thay đổi từ 1,2 đến 3,6 GVHD: Ts.ĐOÀN ĐỨC TÙNG Page SVTH: Thái Tấn Hùng Đồ án môn học: Thiết kế máy biến áp dầu 3pha dung lượng 320 KVA cấp 22/0.4 KV Sự lựa chọn hệ số β không những ảnh hưởng đến mối tương quan khối lượng vật liệu thép, dây đồng mà còn ảnh hưởng đến các thông số kỹ thuật như: tổn hao không tải, tổn hao ngắn mạch… Về mặt kinh tế: Nếu máy biến áp có cùng công suất, điện áp, các số liệu xuất phát, và các tham số kỹ thuật thì khi β nhỏ, máy biến áp “gầy” và cao, nếu β lớn thì máy biến áp “ béo” và thấp. với những trị số khác nhau thì tỷ lệ trọng lượng sắt và trọng lượng đồng trong máy biến áp cũng khá nhau. β nhỏ trọng lượng sắt ít, lượng đồng nhiều, β tăng lên thì lượng săt tăng lên, lượng đồng nhỏ lại. 8. Đường kính của lõi thép: Theo công thức (2-37) [TL1] d = A.x Trong đó x = 4 β A là hằng số A = 0,507. 4 2 1 2 ' . '. dtx rR kBUf kaS Với: S ’ = 106,67 (kVA) a R = 0,0393 (m) f = 50 Hz U x = 4,169 % B t = 1,62 (T) k r là hệ số quy đổi từ Rogovski, chọn k r = 0,95 k ld là hệ số lợi dụng của lỏi sắt đã tính ở trên: k ld = 0,8536. Từ đó ta có A = 0,507. 4 2 2 106 66 0 0393 0 95 50 4 169 1 62 0 8536 , . , . , . , . , . , = 0,159 (m) d = 0,159.x 9. Trọng lượng tác dụng của lõi thép 9.1 Trọng lượng thép trong trụ: G t = x A 1 + A 2 .x 2 (theo CT 2-42 TL1 ) Với A 1 = 5,663.10 4 .a .A 3 .k 1d Trong đó d 12 = a.d suy ra a = d 12 /d Với trị số hướng dẫn a = d 12 /d bằng 1,4 đối với dây quấn đồng, theo bảng 13 TL1 GVHD: Ts.ĐOÀN ĐỨC TÙNG Page SVTH: Thái Tấn Hùng . cho đồ án môn học của mình là: thiết kế máy biến áp dầu 3 pha, hai dây quấn, dung lượng 320 kVA, điện áp 22 kV/0,4 kV”. Nhiệm vụ thiết kế: Tính toán máy. biến áp. Thiết bị đặt ngaòi trời. thiết kế dây dẫn bằng đồng, loại máy biến áp ba pha ba trụ cấu trúc phẳng. Do kiến thức còn hạn hẹp nên việc thiết kế không