Đang tải... (xem toàn văn)
Thiết kế các loại máy biến áp điện lực
Thiết kế MBA điện lực 400kVA 22/0.4kV Y/yo-12 MỤC LỤCPHẦN I: TÍNH TOÁN CÁC KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU I)Xác định các đại lượng cơ bảnII)Chọn các số liệu và tính các kích thước chủ yếuPHẦN II): TÍNH TOÁN DÂY QUẤN I)Tính toán dây quấn hạ ápII)Tính toán dây quấn cao ápPHẦN III): TÍNH TOÁN CÁC THAM SỐ NGẮN MẠCH I)Tổn hao ngắn mạchII)Điện áp ngắn mạchIII)Tính toán lực cơ học khi ngắn mạchPHẦN IV): TÍNH TOÁN CUỐI CÙNG VỀ HỆ THỐNG MẠCH TỪ PHẦN V): TÍNH TỔN HAO VÀ DÒNG ĐIỆN KHÔNG TẢIPHẦN VI): TÍNH TOÁN NHIỆT I)Tính toán nhiệt của dây quấnII)Tính toán nhiệt của thùngIII)Tính toán cuối cùng nhiệt chênh của dây quấn và dầu :IV)Trọng lượng ruột máy,dầu và bình giãn dầu:KẾT LUẬNTÀI LIỆU THAM KHẢO Bùi Văn Lục TBĐ-ĐT K91 Thiết kế MBA điện lực 400kVA 22/0.4kV Y/yo-12 LỜI NÓI ĐẦUMba điện lực là một bộ phận rất quan trọng trong hệ thống điện. Việc tải điện năng đi xa từ nhà máy điện đến hộ tiêu thụ trong các hệ thống điện cần phải có rất nhiều lấn tăng giảm điện áp. Do đó tổng công suất đặt của các Mba lớn hơn nhiều lần so với công suất máy phát. Tuy hiệu suất của Mba thường rất lớn ( 98-99% ) Nhưng do số lượng Mba nhiều nên tổng tổn hao trong hệ thống rất đáng kể vì thế vấn đề đặt ra trong thiết kế Mba vẫn là giảm tổn hao nhất là tổn hao không tải trong Mba .Vấn đề phát triển của ngành chế tạo Mba điện lực hiện nay là tăng được giới hạn về công suất, về điện áp, ngoài ra còn mở rộng thang công suất của Mba thành nhiều dãy để đáp ứng một cách rộng rãi với nhu cầu sử dụng và vận hành Mba. Để làm được điều đó trong thiết kế, chế tạo Mba ta phải không ngừng cải tiến, tìm ra những vật liệu mới tốt hơn, thay đổi kết cấu mạch từ hợp lý, tăng trình độ công nghệ . Vì vậy, nhiệm vụ thiết kế các loại máy biến áp điện lực là hết sức cần thiết. Ngày nay, các máy biến áp điện lực của nước ta cũng như của nhiều nước trên thế giới đã được chế tạo theo những tiêu chuẩn thích hợp hơn, có những thông số kỹ thật cao hơn trước đây rất nhiều. Qua đồ án môn học này đã giúp em hiểu và làm quen với công việc thiết kế Mba nói riêng và máy điện nói chung. Mặc dù đã rất cố gắng trong quá trình thiết kế nhưng chắc chắn không tránh khỏi những sai sót, em mong các thầy, cô cùng các bạn đóng góp những ý kiến xây dựng. Em xin chân thành cảm ơn! Hà nội: Ngày 22/01/2007 Sinh viên Bùi Văn Lục Bùi Văn Lục TBĐ-ĐT K92 Thiết kế MBA điện lực 400kVA 22/0.4kV Y/yo-12 PHẦN I : TÍNH TOÁN CÁC KÍCH THƯỚC CHỦ YẾUI) Các đại lượng điện cơ bản của MBA 1. Công suất mỗi pha của mba:Sf=mS=3400=133 (kVA)2. Công suất mỗi trụ: S’=tS=3400=133 (kVA) 3. Dòng điện dây định mức: -Phía CA: 23.2310USIdm==)(49.1010.22.310.40033A= -Phía HA: 131.310.USIdm==)(36.57710.4,0.310.40033A= 4. Dòng điện pha định mức: -Phía CA: đấu Y 49.1022==IIf (A) -Phía HA: đấu Y If1=I1= 577.36 (A) 5. Điện áp pha: - Phía CA đấu Y: .322UUf==)(12720310.223V= - Phía HA đấu Y: )(9,2303400311VUUf=== 6. Các thành phần điện áp ngắn mạch: Thành phần tác dụng: (%)12.1400.104500.1010 10 .100 33====−−dmnfffnfrSPImImUrIu Thành phần phản kháng: %84.312.142222=−=−=rnxuuu7. Điện áp thử của các dây quấn: Phía CA: 352=thU (kV) Phía HA: 51=thU (kV) ( Bảng 2)II) Chọn các số liệu xuất phát và thiết kế sơ bộ lõi thép:a. Lõi sắt:1.Chọn lõi sắt kiểu trụ, dây quấn cuộn thành hình trụ nên tiết diện ngang của trụ sắt có dạng bậc thang đối xứng nội tiếp với hình tròn đường kính d Bùi Văn Lục TBĐ-ĐT K93 Thiết kế MBA điện lực 400kVA 22/0.4kV Y/yo-12 dd01 Theo bảng 4 với các tấm lá tôn có ép chọn số bậc là 7 Vật liệu lõi sắt: dùng tôn silic mã hiệu 3404 có chiều dày : 0,35 mm-Bảng 8. Để ép trụ ta dùng nêm gỗ suốt giữa ống giấy Bakêlit với trụ hay với cuộn dây hạ áp <H.2>Để ép gông ta dùng xà ép với bu lông xiết ra ngoài gông Bùi Văn Lục TBĐ-ĐT K94 Thiết kế MBA điện lực 400kVA 22/0.4kV Y/yo-12 Xà ép gông trên và dưới được liên kết với nhau bằng những bulông thẳng đứng chạy dọc cửa sổ lõi sắt giữa hai cuộn dây. giữa xà ép với gông phải lót đệm cacton cách điện để hệ thống xà sắt không tạo thành mạch từ kín. 2. Chọn tôn silic và cường độ từ cảm trong trụChọn tôn silic cán lạnh mã hiệu 3404 có chiều dày 0,35mm Theo Bảng 11 ta chọn BT=1,66T3. Các hệ số và suất tổn hao, suất từ hoá trong trụ và gông.- Hệ số dầy: Tra Bảng 10: kđ = 0,97- Hệ số chêm kín Bảng 4: kc=0,92- Hệ số lợi dụng lõi thép: kld=kc.kđ = 0,92.0,97=0,89- Hệ số tăng cường tiết diện gông: ( Bảng 6) kg=Tg/Tt=1,015- Từ cảm trong gông BG=BT/kg=1,66/1,015=1,64- Hệ số quy đổi từ trường tản: kR=0,95- Từ cảm khe hở không khí giữa trụ và gông:ghép chéo2/TKKBB=⇒=)(17,1266,1T=- Suất tổn hao thép (Bảng 45 ) Trong trụ pT= 1,47 (W/kg) Trong gông pG=1,41 (W/kg) - Suất từ hoá ( Bảng50) Trong trụ qT=2,56 (W/Kg) Trong gông qG=2,13 (W/Kg)- Suất từ hoá khe hở không khí: Nối thẳng p''k=28600 VA/mm2Nối chéo p'k = 3900 VA/mm24. Chọn cách điện : ( Bảng 18,19)- Cách điện giữa trụ và dây quấn HA: a01= 5 (mm)- Cách điện giữa dây quấn HA và CA: a12=10 (mm)- Cách điện giữa dây quấn CA và CA: a22=10 (mm)- Cách điện giữa dây quấn CA đến gông: l02=30(mm)- Bề dầy ống cách điện CA và HA : δ12=3 (mm)- Tấm chắn giữ các pha : δ22=2 (mm)- Đầu thừa ống cách điện: lđ2=15 (mm)5.a. Chiều rộng quy đổi từ trường tản: aR=a12+1/3(a1+a2)trong đó 24'2110.3−=+Skaa (Bảng 12)⇒ k=0,53020,010.210.53,032421==+⇒−aa (m)aR=0,01+0,02=0,03 (m) Bùi Văn Lục TBĐ-ĐT K95 Thiết kế MBA điện lực 400kVA 22/0.4kV Y/yo-12 b. Xác định kích thước chủ yếu của MBA:MBA cần thiết kế là loại máy 3pha 3 trụ kiểu phẳng dây quấn đồng tâm (H.4)la2d21dloa01a1ca22cCác kích thước chủ yếu của MBA là:- Đường kính trụ sắt: d- Chiều cao dây quấn: l- Đường kính trung bình giữa hai dây quấn: d121.Tính hệ số kích thước cơ bản β:Hệ số β biểu diễn quan hệ giữa đường kính trung bình d12 với chiều cao dây quấn l. ld12.πβ=Để chi phí chế tạo MBA là nhỏ nhất, mặt khác vẫn đảm bảo các chỉ tiêu kỹ thuật ta cần phải tìm được giá trị β tối ưu.Công suất trên một trụ: S’=U.IThành phần phản kháng của điện áp ngắn mạch:(%)10 .9,7412−π=lukadwIfUvrRx (%)10 9,74−β=vrRxukawIfU Bùi Văn Lục TBĐ-ĐT K96 Thiết kế MBA điện lực 400kVA 22/0.4kV Y/yo-12 Trong đó :. I, w: là dòng điện và số vòng cuộn dây CA hoặc HA. f =50Hz tần số lưới điện .kr=0,95 hệ số Rogovski.aR=0,03 m chiều rộng quy đổi từ trường tản.uv=4,44.f.BT.TT Điện áp trên một vòng dây.TT=klđπd2/4 Tiết diện trụrRxldTrRvxvkafukdBfkawfuuwuS .9,710 .4 .44,4 .9,710.10 2234'==−πβRút ra: 22' 507,0ldTxrRkBufkaSdβ=Trong biểu thức trên chỉ có β thay đổi trong một phạm vi rộng quyết định tới sự thay đổi đường kính d Đặt A=1561,089,0.66,1.84.3.5095,0.03,0.133507,0 '.507,0422422==ldTxrRkBufkaSĐể tìm được β tối ưu, trước hết ta xác định trọng lượng tác dụng của MBA Trong đó : ldkAaA .10.663,5341= 0242 .10.605,3 lkAAld=Thay số : )(7.26089,0.1561,0.36,1.10.663,5341KgA == )(45.2303,0.89,0.1561,0.10.605,3242KgA == ).( .10.40,2).( .10.40,22212242341aaAkkBebaAkkBldGldG+=++= Thay số : )(6.180)41,042,036,1.(1561,0.89,0.015,1.10.40,2341KgB =++= )(56.10)01,001,0.(1561,0.89,0.015,1.10.40,2242KgB =+= . Trọng lượng dây quấn đồng :2 ∆=KPkGnfdq (2-53)Trong đó: K là hằng số phụ thuộc điện trở suất của dâyquấn: KCu=2,4.10-12+mật độ dòng điện : 12 746.0dSuPkvnf=∆+kf : hệ số tính đến tổn hao phụ trong dây quấn, trong vách. Chọn kf=0,95 (Bảng 15)Thay d12=a.A.X, uv=4,447.BT.TT ; TT=ldkd4.2π vào ( 2-53) : 21XCGdq=. Bùi Văn Lục TBĐ-ĐT K97 Thiết kế MBA điện lực 400kVA 22/0.4kV Y/yo-12 Trong đó: 2222'1 AUBkkSaKCrTldfdq= Với tần số f=50Hz: 22221AUBkkSakCrTldfdq= với dây đồng: Kdq=2,46.10-2 ( )kgC 12.3221561,0.12,1.66,1.89,0.95,036,1.40010.46,2222221==−Theo công thức 2-76M= AaPkkknrfn .10.244,026−Trong đó: nxnruunneuk.1(100.41,1π−+=)=)1(5,5100.41,1366,5206,1.π−+e=38,291634,0.36,17600.95,0.95,0.29,38.10.244,026−=M =11,04 MPa- Trọng lượng tôn Silic của một "góc", tiết diện gông chữ nhật. Theo 2-66b với máy công suất 400 kVA334 10.492,0 xAkkGldgo= = 0,492.104.1,015. 0,89.0,15613.x3 = 16.9 x3 Kg- Tiết diện trụ lõi sắt: Theo 2-68a22 .785,0 xAkSldT= = 0,785.0,89.0,15612.x2 = 0,01702 .x2 (m2)- Tiết diện khe hở vuông góc:S'K= ST = 0,01702 x2- Tiết diện khe hở chéo:Theo 2-68b2''.02406,02. xSSTK==- Tổn hao không tải, trong tính toán sơ bộ dùng trong công thức 5-23:++−++=2.).2( )2.( poooGgpfpooTtpfokGGNGpkkGGpkPTrong đó:. kpf là ảnh hưởng của tổn hao phụ, tra bảng 48, với dung lượng máy 400 kVA, tôn cán lạnh 3404, lá tôn có ủ ta chọn kpf = 1,13 Bùi Văn Lục TBĐ-ĐT K98 Thiết kế MBA điện lực 400kVA 22/0.4kV Y/yo-12 . kpo là hệ số kể đến tổn hao phụ trong các góc nối của mạch từ, tra bảng 47 ta được kpo= 9,38 N là số lượng góc nối mạch từ cần phải tính đến tổn hao của sắt, với máy biến áp ba pha N=4Thay vào công thức ta được: ++−++=238,9.).24(.13,2.13,1)238,9.(47,1.13,1. ooGoToGGGGGP = 1,661.GT + 4,633.Go+ 2,406.GG(W)- Công suất từ hóa, trong tính toán sơ bộ, có thể dùng biểu thức công suất từ hoá không tải đơn giản bớt các hệ số trên như sau:∑+++−++='''''''''' .2 ).2( )2( kkkifirigooGgififiooTtififoTnqkkkGGNGqkkkGGqkkQ Trong đó + k'if hệ số xét đến tổn hao phụ trong sắt, với tôn cán lạnh 3404, có ủ lại sau khi cắt dập k'if= 1,2 + k''if đối với gông có tiết diện nhiều bậc lá thép có ủ, máy biến áp công suất S=400 kVA lấy k''if= 1,07+ kio hệ số gia tăng dòng không tải, tra bảng 53, với tôn cán lạnh 3404, dày 0,35 mm, mật độ từ thông trong gông Bg = 1.64 T, mạch từ 3 pha 3 trụ ta được kio=27,95+ kig là hệ số kể đến ảnh hưởng của góc nối do sự phối hợp khác nhau về số lượng mối nối nghiêng và thẳng, kig=27,95+ kir là hệ số kể đến ảnh hưởng do chiều rộng lá tôn ở các góc mạch từ, tra bảng 52b với Bg =1,64T ta được kir=1,27Thay các hệ số vào biểu thức trên:+++−++=227,1.95,27.).24(13,2.07,1.2,1)295,27(56,2.07,1.2,1ooGoToGGGGGQ 22.02566,0.2.3900.07,1.01815,0.6.28600.07,1 xx ++ =3.287.GT + 2,734.GG +78,067Go +3546.7 x22. Thành phần phản kháng của dòng điện không tải (%)1010.10.32SQSQiox==Với Q là công suất từ hoá, gần đúng tính bởi công thức: )(''δQQQkQfcf++= Trong đó:+''fk: hệ số kể đến sự phục hồi từ tính không hoàn toàn khi ủ lại lá tôn lấy 2,1k''f=+Qc : công suất tổn hao chung của trụ và gông: Qc=qt.Gt+ qg.Gg (VA) (2-64) Bùi Văn Lục TBĐ-ĐT K99 Thiết kế MBA điện lực 400kVA 22/0.4kV Y/yo-12 qt ;qg là suất tổn hao của trụ và gông: Bảng 50 qt=2,56 (VA/kg) qg=2,13 (VA/kg)+Qf: công suất từ hoá phụ đối với “góc” Qf = 40 qt.G0 =(VA) 40 .2,56. G0 =102,4. G0 G0 là trọng lượng của một góc333433407.16.1561,0.89,0.015,1.10.486,0 .10.486,0 XXXAkkGldg=== +δQ: công suất từ hoá ở những khe hở không khí nối giữa các lá thép tTqQ .2,3δδ= (VA) =3,2 .28600 Tt (2-67)+δq : suất từ hoá khe hở: bảng 50 Tiết diện tác dụng của của trụ: Tt =223002,0785,0 XXAkld= Trong tính toán sơ bộ có thể coi gần đúng dòng điện không tải i0=i0x3. Mật độ dòng điện trong dây quấn:dqdqdqdqnfGGGGKPk110.20,4210.2,1781.10.4,24500.95,0.61212.====∆−Trong đó : +21XCGdq= +K=2,4.10-12 +kf=0,95Đối với MBA dầu 610.5,4≤∆Cu (A/m2)4. Lực cơ học:Lực hướng kính tác dụng lên một trong hai dây quấn:)( .10.2610 .).(628,0'2262maxNafSukkiFRxnrr−−==βω 29.38)1(5.5100.41,1)1(100.41,1366,5/206,1./.=+=+=−−ππeeukXRuunn)(10.78.12903,0.50133.84.3.29.3810.26322NFr==−ứng suất kéo tác dụng lên tiết diện sợi dây dẫn: 3 2XMTFrr==ωπσTrong đó: 163,01561,0.36,14500.95,0.95,0.29,38.10.224,0 .10.244,066===−−AaPkkkMnrfnCuĐiều kiện: 2/(60 mMN≤σ) Bùi Văn Lục TBĐ-ĐT K910 [...]... 18 Bùi Văn Lục TBĐ-ĐT K9 Thiết kế MBA điện lực 400kVA 22/0.4kV Y/yo-12 Trong đó lấy l2 = l1 = 0,45(m) 12 Số lớp của dây quấn: W2 1542 n12 = W = = 7 (lớp) 102 12 13 Điện áp làm việc giữa hai lớp kề nhau: U12 = 2W12 Uv = 2 102 9,24 = 1884.9 (V) 14 Chiều dày cách điện giữa các lớp: Bảng 26: + Số lớp giấy cáp: 3 lớp + Chiều dày một lớp giấy cáp: 0,12(mm) Chiều dày cách điện giữa các lớp: δ 12 = 3 0,12 =... 0 C 3 3 II) Tính toán nhiệt của thùng dầu: 1.Chọn loại thùng: Theo bảng 57 ta chọn kết cấu thùng vách phẳng có ống làm lạnh cong 35 Bùi Văn Lục TBĐ-ĐT K9 Thiết kế MBA điện lực 400kVA 22/0.4kV Y/yo-12 2 .Các kích thước tối thiểu bên trong thùng Các khoảng cách cách điện từ dây dẫn ra đến vách thùng, đến xà ép gông trên được xác định như sau: - Khoảng cách từ dây dẫn ra đến vách thùng cho dây dẫn ra CA... với U th 2 = 35 KV, bọc cách điện 4(mm) - Khoảng cách đến xà ép gông cho dây dẫn ra CA có: s 2 = 12 (mm) (Bảng 31) với U th 2 = 35 KV ,bọc cách điện 4 (mm) -Khoảng cách đến vách thùng cho dây dẫn ra HA không bọc cách điện: s3 = 10 (mm) (Bảng 31) -Khoảng cách đến dây dẫn ra CA có Uth2=35 kV , cho dây dẫn HA Uth1=5 kV: s 4 = 25 (mm) (Bảng 32) - Đường kính dây dẫn ra không bọc cách điện của dây quấn HA:... 0,89 = 0,022(m) 4 4 4 Điện áp một vòng dây: u v = 4,44 f BT TT = 4,44.50.1,66.0,022 = 8,107(V ) TT = k d k c 12 Bùi Văn Lục TBĐ-ĐT K9 Thiết kế MBA điện lực 400kVA 22/0.4kV Y/yo-12 PHẦN II TÍNH TOÁN DÂY QUẤN I) Tính dây quấn HA 1.Số vòng dây một pha của dây quấn HA: U t1 W1 = U v Trong đó: +Ut1 là điện áp trên một trụ của dây HA: Ut1 = Uf1 = 230,94 (V) +Uv = 8,107 (V) - Điện áp một vòng dây 230,94... trong dây quấn CA: 881746.10 −6 δnr2 = = 18,6 (MPa) 2.3,14.12,55.10 −6.600 26 Bùi Văn Lục TBĐ-ĐT K9 Thiết kế MBA điện lực 400kVA 22/0.4kV Y/yo-12 18,6 100 = 62 % 30 ứng suất nén cho phép Ứng suất do lực chiều trục gây nên: - Lực chiều trục chủ yếu là lực nén, nó làm hỏng những miếng đệm cách điện giữa các vòng dây a b Fn = F’t = 32578 N Fn 10−6 32578.10 −6 δn = = = 3,18 MPa n.a.b 10.32.40.10 −6 Trong... số : 32 Bùi Văn Lục TBĐ-ĐT K9 Thiết kế MBA điện lực 400kVA 22/0.4kV Y/yo-12 2,08 = 18,9 (A) 100 0,22 I oR = 909,3 = 2,0 (A) 100 2,09 I 0 = 909,3 = 19 (A) 100 I 0 X = 909,3 3.Hiệu suất của mba khi tải định mức: P0 + Pn 1422,1 + 7701 η = 1 − P + P + P .100 = 1 − 630000 + 1422,1 + 7701 .100 = 98,5% dm 0 n 33 Bùi Văn Lục TBĐ-ĐT K9 Thiết kế MBA điện lực 400kVA 22/0.4kV Y/yo-12 PHẦN... dụng của dòng điện ngắn mạch xác lập: I dm 36,37 In = U [ (1 + 100S ) /(U S )] 100 = 5,3[1 + 100.630 /(5,3.500.10 3 )] 100 = 670,2 (A) n dm n n 2 Trị số cực đại ( xung kích) của dòng điện ngắn mạch: 25 Bùi Văn Lục TBĐ-ĐT K9 Thiết kế MBA điện lực 400kVA 22/0.4kV Y/yo-12 imax = 2 I n (1 + e−π u nr / u nx ) i max = 670,2 2 (1 + e −π 1, 217 / 5,137 ) = 1398,2( A) 3 Tính lực cơ học khi ngắn mạch: Lực cơ học... Lục TBĐ-ĐT K9 Thiết kế MBA điện lực 400kVA 22/0.4kV Y/yo-12 lr2 = 7,5.l = 7,5 0,43 = 3,22 (m) - Trọng lượng đồng dây dẫn ra CA: Gr2 = lr2.Tr2 γcu = 3,22 12,55.10-6 8900 = 0,35(kg) - Tổn hao trong dây dẫn ra CA: Pr2 = 2,4 10-12 ( 2,89)2 1012 0,35 = 7,015 (W) 4 Tổn hao trong vách thùng và các chi tiết kim loại khác: Do một phần tử thông tin khép mạch qua vách thùng dầu, các xà ép gông, các bulông ,... → Trọng lượng sắt trụ: GT = GT '+GT ' ' = 244,06 + 8,19 = 252,25 Kg 30 Bùi Văn Lục TBĐ-ĐT K9 Thiết kế MBA điện lực 400kVA 22/0.4kV Y/yo-12 Trọng lượng sắt toàn bộ của trụ và gông: G Fe = GT + GG = 252,25 + 355,8 = 608,05 Kg II) Tính toán tổn hao không tải, dòng điện không tải và hiệu suất mba Khi cấp điện áp xoay chiều định mức có tần số định mức vào cuộn dây sơ cấp và thứ cấp để hở mạch, gọi là chế... 5,137% 9,623 2 3 Điện áp ngắn mạch toàn phần: Un = 5,137 2 + 1,22 2 = 5,3% Sai lệch lớn hơn so với tiêu chuẩn : 5,3 − 5,5 100 = -3,6% 5,5 Như vậy sai số nằm trong phạm vi ±5% đạt yêu cầu 4 Lực cơ học của dây quấn: Khi mba bị sự cố ngắn mạch thì dòng điện ngắn mạch sẽ rất lớn, nó không những làm tăng nhiệt độ máy mà còn gây lực cơ học lớn nguy hiểm đối với dây quấn mba III) Tính toán lực cơ học khi ngắn . nghệ... Vì vậy, nhiệm vụ thiết kế các loại máy biến áp điện lực là hết sức cần thiết. Ngày nay, các máy biến áp điện lực của nước ta cũng như của nhiều. ĐẦUMba điện lực là một bộ phận rất quan trọng trong hệ thống điện. Việc tải điện năng đi xa từ nhà máy điện đến hộ tiêu thụ trong các hệ thống điện cần
