Đồ án môn học thiết kế máy biến áp dầu 3 pha GVHD-ThS. Bùi Tấn Lợi
Sinh Viên : Nguyễn Văn Nam - Lớp 31D2DE
Trang 1
Chương I:
NHIỆM VỤ THIẾT KẾ
Thiết kế máy biến áp dầu điện lực ba pha, hai dây quấn (cao áp và hạ áp) với
các số liệu ban đầu như sau:
Tổng dung lượng máy biến áp Sđm = 630 kVA;
Số pha của máy biến áp m = 3;
Tần số định mức f = 50 Hz;
Điện áp dây định mức: U1/U2 = 22/0,4KV;
So đồ nối dây Y/Y0-12.
Máy biến áp làm mát bằng dầu
Máy biến áp làm việc dài hạn, thiết kế lắp đặt trong nhà hoặc ngoài trời.
Tổn hao không tải P0 = 1150 W ; tổn hao ngắn mạch Pn = 6040 W ; dòng điện
không tải i0% = 1,4 ; điện áp ngắn mạch Un% = 4,5%.
Xác định các đại lượng kích thước cơ bản ; thiết kế dây quấn MBA ; tính toán
ngắn mạch ; tính toán mạch từ ; tính toán tổn hao và hiệu suất.
Chương II
TÍNH TOÁN CÁC KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU
I. XÁC ĐỊNH CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐIỆN CƠ BẢN
1. Dung lượng một pha
Sf =
m
Sdm
=
3
630
= 210 (kVA)
Dung lượng trên mỗi trụ: S’ =
t
Sdm
=
3
630
= 210 (kVA) .
2. Dòng điện dây định mức:
- Phía cao áp: I1 =
dm
dm
U
S
1
3
.3
10.
=
3
3
10.22.3
10.630
= 16,53 (A) .
- Phía hạ áp: I2 =
dm
dm
U
S
2
3
.3
10.
=
3
3
10.4,0.3
10.630
= 909,3(A)
3. Dòng điện pha định mức:
Vì dây quấn nối Y/Y0 nên:
If1 = I1 = 16,53 (A).
If2 = I2 = 909,3 (A).
Đồ án môn học thiết kế máy biến áp dầu 3 pha GVHD-ThS. Bùi Tấn Lợi
Sinh Viên : Nguyễn Văn Nam - Lớp 31D2DE
Trang 2
4. Điện áp pha định mức:
- Phía cao áp: Uf1 =
3
Udm1
=
3
10.22 3
= 12700 (V)
- Phía hạ áp: Uf2 =
3
2dm
U
=
= 230,94 (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 U1đm =
22 kV và U2đm= 0,4 kV ta trả trong bảng 2 tài liệu hướng dẫn ta được:
Với U1đm = 22 kV ta có Uth1= 55 kV
Với U2đm = 0,4 kV ta có Uth2 = 5 kV.
6. Các thành phần điện áp ngắn mạch.
Thành phần tác dụng của điện áp ngắn mạch:
Unr =
10.
n
P
S
% =
630.10
6040
= 0,96 %.
Thành phần phản kháng của điện áp ngắn mạch:
Unx =
22
nrnUU
=
22 96,05,4
= 4,4 %.
II. Chọn số liệu xuất phát và tính toán các kích thước cơ bản
Các kích thước cơ bản của máy biến áp
d12
d
a12
l0
a2
C
C
a01
a22
a1
l
d đường kính trụ sắt.
l chiều cao dây quấn.
d12 đường kính trung bình
giữa hai dây quấn hay của
rãnh dầu của hai dây quấn .
a1 bề rộng dây quấn cao áp.
a2 bề rộng dây quấn hạ áp.
l0 khoảng cách từ dây quấn
đến gông.
a22 khoảng cách giữa hai dây
quấn cao áp quấn ở hai trụ.
a01 bề rộng rãnh dầu giữa lõi
thép và cuôn hạ áp.
a12 khoảng cách cách điện
giữa dây quấn cao áp và dây
quấn hạ áp.
C khoảng cách giữa hai trụ.
Đồ án môn học thiết kế máy biến áp dầu 3 pha GVHD-ThS. Bùi Tấn Lợi
Sinh Viên : Nguyễn Văn Nam - Lớp 31D2DE
Trang 3
Lớp
1. Chiều rộng quy đổi của rãnh từ tản giữa dây quấn cao áp và hạ áp:
Với Uth1= 55 kV, theo bảng 19 TLHD ta có a12 = 20 mm,
12
= 5 mm. trong rãnh
a12 đặt ống cách điện dày
12
= 5 mm. Theo bảng công thức (2-36) và bảng 12
TLHD ta chọn k = 0,53
3
aa 21
= k.
4'
S
.10-2 = 0,53.
4210
.10-2 = 0,02018 (m).
Chiều rộng quy đổi từ trường tản :
ar = a12 +
3
aa 21
= 0,02 +0,02018 = 0,04018 (m).
2. Hệ số quy đổi từ trường tản là kr = 0,95
3. Ta chọn tôn cán lạnh mã hiệu 3404 có chiều dày 0,35 mm. Theo bảng 11 tài
liệu hướng dẫn, ta chọn từ cảm trong trụ Bt = 1,6 T, hệ số kg = 1,025 bảng số 6
Cách ghép trụ: Theo bảng 6 TLHD, 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 kg = 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.
Theo bảng 4 TLHD chọn số bậc thang
trong trụ là 8 số bậc thang của gông lấy nhỏ
hơn trụ một bậc tức là 7 bậc, hệ số chêm kín kc
= 0,928.
Tra trong bảng 10 TLHD chọn hệ số điền dầy rãnh là kđ = 0,97.
Hệ số lợi dụng lõi sắt kld = kc.kđ = 0,928.0,97 = 0,9.
Từ cảm trong gông : Bg =
g
t
k
B
=
025,1
6,1
=1,56 (T).
Từ cảm ở khe hở không khí mối nối thẳng : B’’k = Bt = 1,6 (T).
Từ cảm ở khe hở không khí ở mối nối xiên : B’k =
2
t
B
=
2
6,1
= 1,13(T).
Suất tổn hao sắt ở trụ và gông, theo bảng 45 và 50 TLHD với tôn chọn có mã
hiệu là 3404 ta tra được các số liệu sau:
Với Bt = 1,6 T tra được pt = 1,295 (W/kg), qt = 1,775(VA/kg).
Với Bg = 1,56T tra được pg= 1,207 (W/kg), qg = 1,575(VA/kg).
Đồ án môn học thiết kế máy biến áp dầu 3 pha GVHD-ThS. Bùi Tấn Lợi
Sinh Viên : Nguyễn Văn Nam - Lớp 31D2DE
Trang 4
Suất từ hoá ở khe không khí:
Với B’’k = 1,6 (T) tra được q’’k = 23500 VA/m2.
Với B’k = 1,13 (T) tra dược q’k = 2000 VA/m2.
4. Các khoảng cách cách điện chính:
Chọn theo Uth1 = 55 kV của cuộn sơ cấp ( cao áp ) và Uth2 = 5 kV của cuộn thứ
cấp (hạ áp). Tra bảng 18, 19 TLHD ta có các số liệu sau :
- Trụ và dây quấn hạ áp a01 = 5 mm.
- Dây quấn hạ áp và cao áp a12 = 20 mm.
- Ống chách điện giữa cao áp và hạ áp
12
= 5 mm.
- Dây quấn cao áp và cao áp a22 = 20 mm.
- Tấm chắn giữa các pha
22
= 3 mm.
- Khoảng cách giữa dây quấn cao áp và gông l0 = l01 = l02 = 50 mm.
- Phần đầu thừa của ống cách điện lđ2 = 30 mm.
5. Các hằng số a, b tính toán có thể lấy gần đúng và được tra trong bảng 13, 14
TLHD:
a =
12
d
d
=1,36. b =
d
a2
2
= 0,40.
6. Tra trong bảng 15 TLHD 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, kf = 0,93; e = 0,405 là hệ số qui đổi ½ tiết diện trụ hình thang về hình chữ
nhật, hệ số gia tăng tổn hao công suất ở góc nối kp0 =10,18, kdqCu = 2,46.10-2
7. Quan hệ giữa đường kính trung bình d12 và chiều cao l của trụ sắt.
Trong thiết kế người ta dùng hệ số
để chỉ quan hệ giữa chiều rộng và chiều cao
của máy.
=
l
12
d.
;
thay đổi từ 1,2 đến 3,6
Sự lựa chọn hệ số
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
nhỏ, máy biến áp “gầy” và cao, nếu
lớn
thì máy biến áp “ béo” và thấp. với những trị số khác nhau thì tỷ lệ trọng lượng sắt
Đồ án môn học thiết kế máy biến áp dầu 3 pha GVHD-ThS. Bùi Tấn Lợi
Sinh Viên : Nguyễn Văn Nam - Lớp 31D2DE
Trang 5
và trọng lượng đồng trong máy biến áp cũng khác nhau.
nhỏ trọng lượng sắt ít,
lượng đồng nhiều,
tăng lên thì lượng sắt tăng lên, lượng đồng nhỏ lại.
8. Đường kính của lỏi thép:
Theo công thức (2-37) TLHD
d = A.x
Trong đó x =
4
A là hằng số A = 0,507.
'
422
1
.
. . .
rr
nx t d
S a k
f U B k
Với:
S’ = 210 (kVA)
ar = 0,04018 (m)
f = 50 Hz
Unx = 4,4 %
Bt = 1,6 (T)
kr là hệ số quy đổi từ Rogovski, chọn kr = 0,95.
kld là hệ số lợi dụng của lỏi sắt đã tính ở trên: kld = 0,9. Từ đó ta có
A = 0,507.
422 9,0.6,1.4,4.50
95,0.04018,0.210
= 0,1846
Vậy d = A.x = 0,1864.x
9. Trọng lượng tác dụng của lỏi thép
9.1 Trọng lượng thép trong trụ:
Gt =
x
A1
+ A2.x2 (theo CT 2-42 TLHD )
Với A1 = 5,663.104.a .A3.k1d
Trong đó d12 = a.d
a = d12/d
Với trị số hướng dẫn a = d12/d bằng 1,40 đối với dây quấn đồng, theo bảng 13
TLHD
A1 = 5,663.104.1,40.0,18463.0,9 = 448,86 (kg)
A2 = 3,605.104 .A2.kld.l0