Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu Lời nói đầu Máy điện loại hệ điện từ gồm có mạch từ mạch điện liên quan với Mạch từ gồm phận dẫn từ khe hở không khí Mạch điện gồm hai nhiều dây quấn chuyển động tơng phận mang chúng Máy biến áp hệ thống biến đổi cảm ứng điện từ dùng để biến đổi dòng điện xoay chiều từ điện áp thành dòng điện xoay chiều có điện áp khác Các dây quấn mạch từ đứng yên trình biến đổi từ trờng để sinh sức điện động cảm ứng dây quán thực phơng pháp điện Mặt khác, máy biến áp có vai quan trọng kinh tế quốc dân nh công nghiệp, nôn nghiệp, giao thông vận tải, hệ điều khiển đồ án thiết kế máy biến áp ngâm dầu em đợc làm theo trình tự sau: Khái niệm chung thiết kế máy biến áp Tính toán sơ chọn kích thớc chủ yếu Tính toán dây quấn máy biến áp Tính toán ngắn mạch Tính toán kết cấu mạch từ Tính toán nhiệt Phần chuyên đề: So sánh công nghệ hiệu Trong trình thiết kế môn học thời gian có hạn kiến thức hạn chế Nên việc tính toán không khỏi thiếu sót Mong thầy, cô cho SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu nhận xét để đồ án đợc hoàn thiện Em xin cảm ơn thầy Nguyễn Đức Sỹ tận tình giúp đỡ, tạo điều kiện cho em để hoàn thành tốt đồ án hoc em đợc học hỏi nhiều vấn đề máy biến áp thời gian khai thác Xin chân thành cảm ơn Hà Nội, ngày tháng năm 2004 Ngời thiết kế SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu Chơng i: Khái niệm chung thiết kế máy biến áp I.1 Đại cơng Máy biến áp điện lực phận quan trọng hệ thống điện Để truyền tải điện từ trạm phát điện đến hộ tiêu thụ cần phải có đờng dây tải điện Nếu khoảng cách nơi sản xuất hộ tiêu thụ lớn vấn đề lớn đặt cần đợc giải là: Việc truyền tải điện xa cho kinh tế Máy phát điện Tăng áp Giảm áp Nh ta biết, công suất truyền tải đờng dây điện áp đợc tăng cao dòng điện chạy đờng dây giảm xuống, nh làm tiết diện dây nhỏ trọng lợng chi phí dây giảm xuống Vì muốn truyền tải công suất lớn xa tổn hao tiết kiệm đợc kim loại màu đờng dây ngời ta phải dùng điện áp cao đờng 35, 110, 220 500KV Trên thực tế máy phát điện khả phát điện áp cao nh thờng đến 21KV cùng, cần phải có thiết bị để tăng áp đầu đờng dây lên Mặt khác hộ tiêu thụ thờng yêu cầu điện áp thấp từ 0,4 đến 6KV tới phải có thiết bị giảm điện áp xuống Những thiết bị dùng để tăng áp đầu máy phát tức đầu đờng dây dẫn điện giảm điện áp tới hộ tiêu thụ tức cuối đờng dây dẫn đợc gọi SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu máy biến áp Thực hệ thống điện lực muốn truyền tải phân phối công suất từ nhà máy điện đến tận hộ tiêu thụ cách hợp lý thờng phải qua tầng tăng giảm điện áp nh Do tổng công suất máy biến áp hệ thống điện lực thờng gấp lần công suất trạm phát điện Những máy biến áp (MBA) dùng hệ thống điện lực gọi máy biến áp điện lực hay máy biến áp công suất Từ ta thấy rõ máy biến áp làm nhiệm vụ truyền tải phân phối lợng biến hoá lợng Ngoài máy biến áp điện lực có nhiều loại máy biến áp dùng ngành chuyên môn nh máy biến áp chuyên dùng cho lò điện luyện kim, máy biến áp hàn điện, máy biến áp dùng thiết bị chỉnh lu, máy biến áp dùng cho đo lờng, thí nghiệm Khuynh hớng phát triển máy biến áp thiết kế chế toạ máy biến áp có dung lợng thật lớn, điện áp thật cao, dùng nguyên liệu để giảm trọng lợng kích thớc máy Về vật liệu dùng loại thép cán lạnh có từ tính tốt mà tổn hao sắt nâng cao đợc hiệu suất máy biến áp Khuynh hớng dùng dây nhôm thay dây đồng vừa tiết kiệm đợc dây đồng vừa giảm đợc trọng lợng máy phát triển nớc ta ngành chế tạo máy biến áp đời từ ngày hoà bình lập lại Đến sản xuất đợc khối lợng máy biến áp lớn nhiều chủng loại khác phục vụ cho nhiều ngành sản xuất nớc xuất I.2 Định nghĩa nguyên lý làm việc Ta xét máy biến áp pha hai dây quấn Dây quấn có W vòng dây, dây quấn có W2 vòng dây đợc quấn lõi thép Khi đặt điện áp Ut xoay chiều vào dây quấn có dòng điện i 1, lõi thép sinh từ thông móc vòng với hai dây quấn 2, cảm ứng sức SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu điện động e1 e2 Dây quấn hai có sức điện động sinh dòng điện i đầu Tải với dòng điện U2 Nh lợng dòng điện xoay chiều đợc truyền từ dây quấn sang dây quấn Giả sử điện áp xoay chiều đặt vào hàm số hình sin từ thông sinh hàm hình sin = msint Do theo định luật cảm ứng điện từ, sức điện động dây quấn là: d d.sin t = W1 dt dt = W1 . m cos t e1 = W1 ( 1) = 2E1 sin SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu d sin t d = W2 m dt dt = W2 . m cos t e2 = W2 ( 2) = 2E sin Trong đó: E1m Ei = E2 = = 4,44 F W1 m (3) = 4,44 F W2 m (4) E m Là giá trị hiệu dụng sức điện động dây quấn Các biểu thức (1) (2) ta thấy sức điện động dây quấn chậm pha so với từ thông sin góc Dựa vào biểu thức (3) (4) ngời ta định nghĩa tỉ số biến đổi củ máy biến áp nh sau: K= E1 W1 E W2 Nếu không kể điện áp rơi dây quấn coi E = U1; E2 = U2 sauy ra: K= E1 U E2 U Định nghĩa: Từ nguyên lý làm việc ta có định nghĩa máy biến áp nh sau: máy biến áp thiết bị điện từ đứng yên, làm việc dựa nguyên lý cảm ứng điện tử biến đổi hệ thống dòng điện xoay chiều diện áp thành hệ thống dòng điện xoay chiều điện áp khác với tần số không thay đổi Máy biến áp có hai quấn gọi máy biến áp hai dây quấn Dây nối với nguồn để thu lợng gọi dây quấn sơ cấp, SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu máy biến áp dây quấn dây sơ cấp thứ cấp dây quấn thứ với điện áp trung bình Máy biến áp biến đổi hệ thống xoay chiều pha gọi máy biến áp phat, pha gọi pha, ngâm đầu gọi máy biến áp dầu I.3 Các đại lợng định mức Các đại lợng định mức máy biến áp quy định điều kiện kỹ thuật máy Các đại lợng nhà chế tạo quy định thờng ghi nhãn máy biến áp Dung lợng hay công suất định mức Sđm Là công suất toàn phần hay biểu kiến đa dây quấn thứ cấp máy biến áp Đơn vị KVA hay VA Điện áp sơ cấp định mức: U1đm Là điện áp dây quấn sơ cấp tính V hay KV Nếu dây quấn sơ cấp có đầu phân nhánh ngời ta ghi điện áp định mức đầu phân nhánh Điện áp dây thứ cấp định mức: U3đm Là điện áp dây dây quấn thứ cấp máy biến áp không tải điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp định mức Đơn vị là: KV, V Dòng điện dây định mức sơ cấp: I1đm thứ cấp I2đm Là dòng điện dây dây quấn sơ cấp thứ cấp ứng với công suất điện áp định mức Đơn vị: A, KA Có thể tính nh sau: I1đm = S đm ; U1đm I 2đm = S đm ; U 2đm Đối với máy biến áp ba pha: SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT Đồ án tốt nghiệp I1đm = Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu S đm 3.U1đm ; I 2đm = S đm 3.U 2đm ; Tần số định mức: Hz Thờng máy biến áp điện lực có tần số công nghiệp f = 50Hz Ngoài nhãm máy ghi số liệu khác nh: số pha, sơ đồ tổ đấu dây quấn, điện áp ngắn mạch U n% chế độ làm việc ngắn hạn hay dài hạn phơng pháp làm lạnh Sau hiểu khái niệm định mức bao gồm tình trạng làm việc định mức máy biến áp mà không ghi nhãn máy nh: định mức, độ chênh lệch định mức, nhiệt độ định mức môi trờng xung quanh 1.4 sử dụng vật liệu chế tạo Việc tìm kiếm loại vật liệu nhằm mục đích cải thiện đặc tính cũ máy biến áp nh giảm tổn thao lợng, kích thớc, trọng lợng, tăng độ tin cậy Khuynh hớng chung thờng thay vật liệu quý vật liệu rẻ tiền dễ tìm kiếm nh dùng dây nhôm thay dây đồng máy biến áp công suất nhỏ trung bình ví dụ Vật liệu dùng máy biến áp thờng là: Vật liệu tác dụng: dùng để dẫn điện nh dây quấn, dẫn từ nh lõi thép Vật liệu cách điện: dùng để cách điện cuộn dây hay cuộn với phận khác vật liệu nh catong, chất cách điện, sứ, dầu biến áp Vật liệu kết cấu: dùng để giữ bảo vệ máy biến áp nh bulong, vỏ máy SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu Việc thay đổi vật liệu dùng làm thay đổi trình công nghệ quan trọng hay kết cấu máy biến áp Cho nên điều liên quan chặt chẽ đến tiến trình công nghệ + Vật liệu quan trọng trớc tiên ngành chế tạo máy biến áp tôn Silic hay gọi thép kỹ thuật điện + Vật liêu tác dụng thứ hai kim loại dây quấn Trong nhiều năm đồng kim loại dùng chế tạo dây quấn mà thay đổi Vì nh ta biết đồng có điện trở suất nhỏ, dẫn điện tốt, dễ gia công (hàn, quấn) bảo đảm độ bền điện tốt Gần ngời ta có dùng nhôm thay đồng làm dây quấn Nhôm có u điểm nhẹ, sẵn hơn, rẻ hơn, nhng tất nhiên có nhợc điểm điện trở suất lớn dẫn điện hơn, độ bền lại khăn việc hàn nối Khi dùng nhôm thay đồng để đảm bảo đợc công suất tơng đơng thể tích nhôm tăng lên, giá thành công việc chế tạo dây quấn, chi phí vật liệu cách điện, sơn tẩm Tăng lên Những khoản tăng đ ợc bù lại giá thành nhôm rẻ Nên nói chung giá thành toàn máy biến áp nhôm dây đồng thực tế không khác + Vật liệu cách điện phần lớn máy biến áp dùng dây quấn có cách điện giấy cáp, thuộc cách điện cấp A có nhiệt độ giới hạn cho phép +1500C Với chiều dày cách điện hai phía 0,45 0,5mm Việc dùng dây dẫn có cách điện cao E, B, F ý nghĩa nhiệt độ cho phép dây quấn máy biến áp đợc quy định không cấp cách điện vật liệu cách điện mà nhiệt độ cho phép dầu ngâm dây quấn Một loại cách điện hay dùng bọc dây men cách điện (emay) Song ngời ta dùng đến cách điện cấp B mà dùng dây cách điện cao Vì lý nhiệt độ cho phép cao mật độ dòng điện chọn lớn tổn hao ngắn mạch tăng lên làm cho hiệu suất máy giảm xuống đáng kể Để cách điện phận mang điện với phận không mang điện máy ngời ta dùng vật liệu cách điện SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu Khi máy làm việc tác động củ nhiệt độ, chấn động tác động lý hoá khác cách điện bị lão hoá nghĩa dần tính bền điện Thực nghiệm cho biết nhiệt độ tăng nhiệt độ làm việc cho phép 100C tuổi thọ vật liệu cách điện khoảng 15 20 năm Vì sử dụng máy điện tránh để máy tải làm nhiệt độ tăng cao thời gian dài Vật liệu kết cấu dùng để chế tọ phận chi tiết truyền động kết cấu máy theo dạng cần thếit đảm bảo cho máy làm việc bình thờng Ngời ta thờng dùng gang thép loại, hợp kim vật liệu chất dẻo 1.5 kết cấu máy biến áp Máy biến áp thờng dùng phần sau: - Lõi sắt (hay gọi mạch từ) kết cấu nó, dây quấn, hệ thống làm lạnh vỏ máy Lõi sắt kết cấu Lõi thép làm vật liệu dẫn từ cho từ thông máy biến áp Đồng thời làm khung để quấn dây Lõi sắt gồm thép Silic ghép lại đợc ép xà ép bu lông tạo thành khung máy biến áp Trên bắt giá đỡ đầu dây dẫn nối với sức xuyên ty để nắp máy máy biến áp dầu toàn lõi sắt có quấn dây dây dẫn đợc ngâm thùng đựng dầu máy biến áp gọi ruột máy Các máy biến áp cỡ nhỏ, ruột máy gắn với nắp máy nhấc khỏi thùng dầu xúc rửa, lắp ráp, sửa chữa Với máy biến áp công suất 1000KVA trở lên ruột máy nặng nên đợc bắt cố định với đáy thùng lúc lắp ráp sửa chữa phải nâng vỏ thùng lên khỏi đáy ruột máy Lõi sắt gồm hai phần: trụ T gông G Trụ phần lõi có lồng dây quấn, gông phần lõi dây quấn dùng để khép mạch từ trụ SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 10 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu Bề mặt xạ vách thùng cánh sóng Mbx.s = [[2 (A + B) + (B + 2b.10-3]] Hs Trong đó; b = 300mm chiều sâu lớn cánh sóng Hs = H 0,1 = 1,275 0,1 - = 1,175 (m): Chiều cao cánh A = 1,8 (m); B = 1,1447(m) Vậy: Mbx.s = [2 (2,87 1,1447) + 3,14 (1,1447 + 300.10-3)Hs Mbx.s = 6,928 1,174 = 8,14 (m2) Bề mặt đối lu thùng cánh sóng Mđl.s = m ls Ks Hs Trong đó: Ks hệ số tính đến mức độ đối lu khó khăn không khí cánh sóng Ks = 190 = b a Chọn C = 20 mm: Chiều rộng tối thiểu khe dầu mà a = 2,5 a = c 2,5C A = 50 (mm) = 0,05 (m): chiều rộng khe không khí 0,3 =6 0,05 = 62 Ks = = 0,81 190 + t = (a + b + ): chiều dài bớc sóng SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 72 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu Trong đó: = 1,0mm = 0,001 (m) (chiều dày tôn) t = 0,05 + 0,02 + 0,001 = 0,072 (m) + Chiều dài khai triển cánh sóng c c ls = b + ( t c ) + 2 0,02 0,02 ls = 0,3 + ( 0,072 0,02 ) + 3,14 2 ls = 0,6634 (m) + Số lợng cánh sóng ( A B ) + B m= t m= ( 1,87 1,447 ) + 3,14.1,1447 0,072 = 71 Vậy Mđl.s = 71 0,6634 0,81 1,175 = 44,83 (m2) Bề mặt xạ toàn phần thùng cánh sóng Mbx = Mbx.s + Mt + 0,5Mn Trong đó: Mt = 0,1t.m = 0,1 0,072 71 = 0,5112 (m2) Mt bề mặt phần vách thùng cánh sóng Mn bề mặt nắp thùng Mn = b n + b n ( l n b n ) : Bề mặt hình học nắp thùng Với: bn = B + bv = 1,1447 + 0,1 = 1,35 (m) ln = A + 2bv = 1,87 + 0,1 = 2,08 (m) bn: Chiều rộng nắp thùng SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 73 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu ln: Chiều dài nắp thùng bv = 0,1 (m): Chiều rộng vành nắp thùng Mn = 3,14.1,35 + 1,35 ( 2,07 1,35 ) = 2,032 (m2) Hệ số 0,5 kể đến che khuất bề mặt nắp thùng chi tiết máy đặt nắp Vậy Mbx = 8,14 + 0,5112 + 0,5 2,032 = 9,67 (m2) Bề mặt đối lu toàn phần thùng cánh sóng Mđl = Mđl.s + Mt + 0,5 Mn Mđl = 44,83 + 0,5112 + 0,5 2,032 = 46,36 (m2 Vii.3 tính toán cuối nhiệt độ chênh dây quấn dầu máy biến áp Sau thiết kế đợc kích thớc thùng dầu, tính toán Mbx, Mđl thùng cần phải kiểm tra lại nhiệt độ chênh thực tế dây quấn dầu không khí Nhiệt độ chênh thùng không khí t.K ( p + Pn ) = 2,8M bx + 2,5M đl 0,8 Trong đó: K = 1,05 tính toán máy biến áp t.K 1,05 ( 1044,35 + 5458,72 ) = 2,8.9,67 + 2,5.46,36 0,8 = 22,850 C Nhiệt độ chênh dầu sát vách thùng so với thùng d.t K ( p + Pn ) = K1 0,165 M đl SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 0,6 74 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu Trong đó: K1 = 1: làm lạnh dầu tự nhiên K = 1,05 P0 = 100W, Pn = 5458,72 (W) Mđl = 7,11 d.t 1,05 ( 1074,35 + 5458,72 ) = 0,165 46,36.46,36 0,6 = 3,30 C Nhiệt độ chênh dầu so với không khí 'd.k = d.t + t.k = 3,3 + 22,85 = 26,15 C Nhiệt độ chênh lớp dầu so với không khí phải đạt tiêu chuẩn d.k = (dt + t.k) = 1,2 26,15 = 31,380C Vậy d.k = 31,38 500C (thoả mãn) Nhiệt độ chênh dây quấn với không khí phải đạt tiêu chuẩn 0.k = 0dtb + d.k 600C + Đối với dây quấn hạ áp 01.k = 0d1tb + d.k = 22,86 + 26,15 = 49,01 600C + Đối với dây quấn cao áp 02.k = 0d2tb + d.k = 32,2 + 26,15 = 58,35 600C SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 75 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu chơng viii: xác định sơ trọng lợng ruột máy, vỏ máy, dầu bình giãn dầu Ruột máy, vỏ máy, dầu bình giãn dầu máy biến áp tiến hành đợc sau hoàn thiện thiết kế đầy đủ chi tiết máy biến áp Nhng với tính toán xác định sơ đợc trọng lợng máy, cần thếit cho việc tính toán kinh tế cần phải đánh giá phản ứng thiết kế Trọng lợng ruột máy (phần tác dụng) tức toàn lõi sắt có dây quấn dây dẫn (từ nắp máy) xác định gần Gr = 1,2 (Gdq + G1) ; (Kg) Trong đó: Gdq trọng lợng toàn dây quấn dây dẫn Gdq =GCu1 + GCu2 + Gr1 + Gr2 Gdq = 87,13 + 111,5 + 4,634 + 0,085 = 203,35 (kg) G1: Trọng lợng lõi sắt G1 = GT + Gg = 303,3 + 370,15 = 673, 5(Kg) Ta có hệ số trọng lợng máy tăng thêm cách điện kết cấu khác 1,2 Vậy Gr = 1,2 (203,35 + 673,5) = 1052,3 (Kg) Trọng lợng dầu Gd = 1,05 [(vt vr) + Vcs] dầu Trong đó: vr thể tích ruột máy vr = Gr ; m2 r ( ) SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 76 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu Với rCu = 5500 Kg/m3: Tỷ trọng trung bình ruột máy vr = 1052,3 = 0,19135 m = 191,35(dm3) 5500 ( ) Vt: thể tích bên thùng dầu phẳng Vì đáy hình chữ nhật nê vt = A B H = 1,87 1,1447 1,274 = 2,73 (m3) hay vt 2730 (dm3) C V cs = 71 C ( b c ) + Hs 0,02 v cs = 71 0,02 ( 0,3 0,02 ) + 1,175 vvs = 0,48 (m3) Vậy trọng lợng toàn dầu Gd 1,05[2,73 0,19135 + 0,48].0,9.103 Gd = 456,14 (Kg) Bình giãn dầu Theo quy định máy có dung lợng 100KVA trở lên có bình giãn dầu Bình giãn dầu thờng dùng hép hàn chiều dày 3mm đợc đặt nằm nắp thùng Đối với loại thùng phẳng: Chiều dài bình giãn dầu: lgd = 1,1447 (m) Đờng kính bình giãn dầu Vg = (7 ữ10%) thể tích dầu thùng Vg = 0,7 Vd SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 77 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu Mà Vd = Vt - Vr = 2,73 0,19135 = 2,538 (m3) Vậy đờng kính bình giãn dàu là: d= 4.Vg .l gd = 4.0,177 = 0,1969 ( m ) 3,14.1,1447 Khối lợng bình giãn dầu Sxqgd = R lgd = .0,9845 1,1447 = 0,7 (m2) Chọn thùng giãn dầu có bề dầy 1,5 (mm) Vgd = Sxqgd 0,0015 = 0,00105 (m3) Vậy trọng lợng bình giãn dầu Gd = Vgd Fe với Fe = 7850 Kg/m3 Gd = 0,00105 7850 = 8,243 (Kg) SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 78 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu phần chuyên đề: tìm hiểu công nghệ công ty liên doanh chế tạo biến abb Trong năm gần công ty liên doanh chế tạo máy biến áp ABB đa vào Việt Nam số công nghệ áp dụng cho máy biến áp phân phối đạt đợc số hiệu đáng kể Sau xin giới thiệu phân tích số u nhợc điểm chúng mạch từ Công ty ABB đợc trang bị máy cắt tôn tự động theo chơng trình có khả cắt chéo góc tôn với góc cắt tuỳ ý Kết cấu ghép tôn thành lõi góc đợc ghép mối nối nghiên nên giảm đợc tổn hao không tải Xét trờng hợp máy không tải ta có: - Theo công thức (5-19) tài liệu Thiết kế máy biến áp điện lực ta có: Po = Kgp Ktp Kcp Ktp [Pt Gt + Pg (Gg Kd Gg) + Pr + Pg Gg (Kn Kpg) + Pk k Tk] = Kgp P0 Với Kgp đợc xác định theo bảng 43 Thiết kế máy biến áp điện lực thì: Với mối nối thẳng: Kgp = 1,9 Với mối nối nghiêng: Kgp = 1,28 Tơng tự nh với công suất từ hoá không tải Q0 ta có: SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 79 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu Q0 = Kgi Q0 Đáp ứng tiến độ việc sản xuất theo đơn đặt hàng khách hàng Tôn nhà máy đợc nhập từ số nớc t phát triển nh Nhật, Thuỵ Điển Mỹ có chiều dầy 0,27 thuộc loại tôn cán nguội bất đẳng hớng Việc thiết kế tiết diện trụ hình tròn nh thông thờng nớc khác làm mà hình Ovan, bậc Ưu điẻm loại mạch từ kiểu đơn giản cỡ tôn không phức tạp ghép thành lõi, tạo đợc rãnh dầu lớn lõi Nhợc điểm loại hệ số lấp đầy thấp, việc tận dụng không gian máy không triệt để phí dây đồng tăng lên Theo kiểu có lợi công nghệ sản xuất máy biến áp phân phối theo hình thức đặt hàng suất cao, thời gian chế tạo ngắn Việc ghép mạch từ có điểm khác với lối ghép kinh điển trớc Mạch từ đợc ghép đứng (trớc thờng ghép trạng thái nằm ngang) nên ghép trớc gông nhầm lẫn ghép lẫn tôn không vào đợc Chính phơng pháp ghép mà suất ghép tăng lên bỏ đợc thao tác ghép gông tháo ghép lại lắp cuộn dây Ngoài việc tăng suất kiểu ghép hạn chế đợc tổn hao không tải vỗ, đập gõ, tháo lắp vào làm biến tính trầy xớc sơn cách điện tôn silic Lõi đợc ghép đồ gá nên ghép đến đâu chặt đến nên việc giám sát khe hở mối nối dễ dàng Cùng với việc cắt tôn máy tự động có độ bavia thấp, hệ số ép chặt cao yếu tố làm cho dòng không tải giảm nhiều so với tiêu chuẩn Việt Nam (bằng 1/3 đến nửa) Cuối việc ép mạch từ có thay đổi so với công nghệ Việt Nam Mạch từ đợc ép giữ nhờ lớp nhựa mỏng quét lên bề mặt Giữa tôn có lớp nhựa mỏng nên SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 80 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu tôn đợc liên kết chặt mà không cần phải ép đai chèn gỗ Công nghệ có u điểm làm cho tổn hao sắt giảm tôn không bị biến tính ép chặt đột lỗ Nhợc điểm công nghệ cần sửa chữa mạch từ gặp phải khó khăn phải gỡ lớp nhựa Dây quấn Sự đổi công nghệ chế tạo dây quấn cở công ty ABB thể khía cạnh sau: - Đầu t máy quấn tự động có điều khiển theo chơng trình Với việc sử dụng máy quấn dây kiểu suất quấn dây tăng, chất lợng quấn ổn định nhiên chủ yếu quấn hai loại dây quấn chủ yếu dây quấn hình trụ nhiều lớp dây dẫn tròn dây quấn từ băng đồng tức quấn máy biến áp phân phối cỡ không lớn - Sử dụng kiểu dây quấn từ băng đồng Theo phơng pháp cuộn dây hạ áp vòng, có tiết diện lớn quấn từ băng đồng có chiều rộng chiều cao cuộn day Nh trờng hợp chiều cao vòng dây chiều cao dây quấn Đồng đợc sử dụng đồng cuộn M1 trần (cha cách điện) Khi quán thờng ngời ta quấn với băng cách điện có chiều rộng lớn Quấn theo phơng pháp thực chất quấn theo kiểu đồng tâm (vòng sau chồng lên vòng trớc) Tấm cách điện đóng vai trò cách điện vòng dây - Để lấy đầu vào cuộn dây ngời ta hàn vào đầu cuối băng đồng đồng (thanh cái) Việc hàn đồng có tiết diện tập trung lớn vào đồng mỏng đợc thực thiết bị hàn hồ quang khí bảo vệ (CO2) để đảm bảo cho đồng không bị nhiệt cháy - Cách điện dùng trờng hợp giấy cáp giấy điện thoại có chiều dày khác đợc in lên lớp nhạ cách điện Sau quấn xong đem gia nhiệt lớp nhựa chảy dính vào đồng làm SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 81 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu thành khối đồng nhất, vừa đảm bảo tính tốt vừa đảm bảo toả nhiệt tốt Ưu điểm kiểu dây quấn đơn giản công nghệ chế tạo, lực ngắn mạch phân bố nên độ bền điện động cao Ngoại trừ việc hàn đồng vào mỏng càn có thiết bị công nghệ đắt tềin việc quấn cuộn dây có suất cao nhiều so với kiểu dây quấn hình trụ, dây dẫn chữ nhật dây quấn hình xoắn Việc in đám nhựa lên giấy cách điện không khó Nhợc điểm kiểu dây quấn tản nhiệt khó nên dễ bị nóng cục số vòng dây dây quấn nhiều Việc sửa chữa phức tạp phải làm lớp nhựa lớp giấy đồng Phạm vi ứng dụng loại dây quấn tơng đối rộng Phạm vi ứng dụng chủ yếu bị giới hạn độ dầy đồng Nếu đồng mỏng hàn vào đồng sản xuất khó, dễ bị cháy, tàn nhiệt khó khăn hơn, thông thờng chiều dày đồng không nhỏ 0,1mm Thông thờng kiểu dây quấn áp dụng cho máy có điện áp 0,4KV, công suất từ 20KVA đến 300KVA vỏ máy biến áp Vỏ máy biến áp phân phối đợc làm theo kiểu có nhiều cánh tản nhiệt múi khế, bình giãn dầu ống phòng nổ Công nghệ chế tạo loại vỏ đơn giản dễ tự động hoá Ngời ta sản xuất thép kiểu múi khế có chiều rộng chiều dài bất kỳ, tuỳ theo vỏ lớn hay cao cắt hàn lại cho đủ Nh công nghệ chủ yếu chế tạo vỏ thùng ép để tạo cánh tản nhiệt tôn công nghệ hàn Vì tôn mỏng để đảm bảo hàn kín dầu nên ngời ta áp dụng công nghệ hàn hồ quang khí bảo vệ Máy biến áp sử dụng loại vỏ có đặc điểm không cần bình giãn dầu (bình dầu phụ) nóng lên lợng dầu nở đợc chứa hết vào SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 82 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu cánh tản nhiệt lúc nở tăng áp suất Khi máy nguội lợng dầu giảm, áp suất thùng giảm cánh tản nhiệt lúc thu lại nh cũ Nh dầu đợc nạp đày bình không khí nên hoàn toàn loại trừ tợng hút ẩm, oxy hoá dầu nh thờng xảy máy biến áp thông thờng Việc nạp dầu vào máy biến áp công ty ABB đợc thực thiết bị nạp dầu chân không,sau máy biến áp đợc sấy khô lò sấy chân không Với tất cải tiến nêu công ty ABB thu nhỏ đáng kể máy biến áp phân phối đợc sản xuất nhà máy công ty SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 83 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu Mục lục Trang Lời nói đầu Chơng i: Khái niệm chung thiết kế máy biến áp .3 I.1 Đại cơng .3 I.2 Định nghĩa nguyên lý làm việc I.3 Các đại lợng định mức Dung lợng hay công suất định mức Sđm Điện áp sơ cấp định mức: U1đm Điện áp dây thứ cấp định mức: U3đm Dòng điện dây định mức sơ cấp: I1đm thứ cấp I2đm Tần số định mức: Hz .8 1.4 sử dụng vật liệu chế tạo .8 1.5 kết cấu máy biến áp 10 Lõi sắt kết cấu 10 Dây quấn 11 Hệ thống làm lạnh vỏ máy .11 1.6 mục đích yêu cầu nhiệm vụ 12 Xác định đại lợng 12 Tính toán kích thớc chủ yếu 12 Tính toán dây quấn CA HA 13 Tính toán ngắn mạch 13 Tính toán cuối hệ thống mạch từ tham số không tải máy biến áp 13 Tính toán nhiệt hệ thống làm nguội máy biến áp .13 Tính toán lựa chọn số tiêu kết cấu .14 Chơng ii: Tính toán kích thớc chủ yếu 14 Ii.1 xác định đại lợng 14 ii.2 chọn số liệu xuất phát tính kích thớc chủ yếu .15 chơng iii: tính toán dây quấn máy biến áp 30 III.1 yêu cầu chung 30 iiI.2 Tính toán dây quấn hạ áp 41 Iii.3 Tính toán dây quấn cao áp 44 Chơng iv: Tính toán tham số ngắn mạch 48 iV.1 tổn hao ngắn mạch 48 Tổn hao dây quấn hạ áp 48 Tổn hao đồng dây quấn cao áp 48 Tổn hao dây dẫn .49 Tổn hao vách thùng dầu chi tiết kết cấu khác 49 Tổng tổn hao đồng dây quấn cao áp hạ áp 49 Tổng tổn hao ngắn mạch máy biến áp .49 Sai số nhỏ so với tiêu chuẩn 50 SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 84 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu Mật độ dòng nhiệt bề mặt dây quấn 50 iV.2 xác định điện áp ngắn mạch 50 Thành phần tác dụng điện áp ngắn mạch .50 Thành phần phản kháng điện áp ngắn mạch 51 Điện áp ngắn mạch toàn phần 51 iV.3 tính lực dây quấn 52 Dòng điện ngắn mạch xác lập .52 Dòng điện ngắn mạch cực đại tức thời 52 Lực hớng kính .53 ứng suất lực hớng kính gây nên 53 Lực hớng trục có thành phần 54 ứng suất vòng dây cao áp .55 Chơng v: Tính toán cuối hệ thống mạch từ .56 V.1 xác định kích thớc cụ thể lõi sắt 56 V.2 tính tổn hao không tải 59 chơng vi: tính toán nhiệt máy biến áp 64 Chơng vii: Tính toán nhiệt thùng dầu 69 Vii.1 Tính toán nhiệt thùng dầu .69 Chọn loại thùng 69 Chọn kích thớc tối thiểu bên thùng 69 Sơ tính diện tích bề mặt xạ thùng dầu 70 Diện tích bề mặt đối lu thùng dầu 70 Vii.2 thiết kế thùng dầu 71 Bề mặt xạ vách thùng cánh sóng .72 Bề mặt đối lu thùng cánh sóng .72 Bề mặt xạ toàn phần thùng cánh sóng .73 Bề mặt đối lu toàn phần thùng cánh sóng .74 Vii.3 tính toán cuối nhiệt độ chênh dây quấn dầu máy biến áp 74 Nhiệt độ chênh thùng không khí 74 Nhiệt độ chênh dầu sát vách thùng so với thùng 74 Nhiệt độ chênh dầu so với không khí .75 Nhiệt độ chênh lớp dầu so với không khí phải đạt tiêu chuẩn 75 Nhiệt độ chênh dây quấn với không khí phải đạt tiêu chuẩn 75 chơng viii: xác định sơ trọng lợng ruột máy, vỏ máy, dầu bình giãn dầu 76 Trọng lợng dầu .76 Bình giãn dầu 77 Đờng kính bình giãn dầu 77 Khối lợng bình giãn dầu .78 phần chuyên đề: tìm hiểu công nghệ công ty liên doanh chế tạo biến abb 79 mạch từ 79 Dây quấn 81 vỏ máy biến áp .82 SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 85 Đồ án tốt nghiệp SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu 86 [...]... gọi là máy biến áp một pha Máy biến áp biến đổi hệ thống dòng điện xoay chiều 3 pha gọi là máy biến áp 3 pha Máy biến áp ngâm trong dầu gọi là máy biến áp dầu Máy biến áp không ngâm trong dầu gọi là máy biến áp khô 3 Hệ thống làm lạnh và vỏ máy Khi máy biến áp làm việc, lõi sắt và dây quấn đều có tổn hao năng lợng làm cho máy biến áp nóng lên Muốn máy biến áp làm việc đợc lâu dài phải tìm biện pháp giảm... TBĐ - ĐT 24 Đồ án tốt nghiệp SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu 25 Đồ án tốt nghiệp SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu 26 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu 18 Chọn hệ số hình dàng Trị số thờng biến thiên trong 1 phạm vi rất rộng từ 1,2 đến 3,6 Bằng phơng pháp tính toán sơ bộ gần đúng máy biến áp, ta tìm... dẫn dầu Tuỳ theo nhiệt độ của máy biến áp mà dầu giãn nở tự do trong bình dầu phụ, SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 11 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu không ảnh hởng đến lợng dầu máy biến áp Vì vậy bình dầu phụ còn đợc gọi là bình dầu giãn nở Trên nắp thùng còn các sứ để bắt các đầu dây dẫn ra nối với các dây quấn trong máy biến áp với lới điện thiết bị đổi nói để chỉnh áp, thiết. .. áp làm việc đợc lâu dài phải tìm biện pháp giảm nhiệt độ của máy biến áp xuống tức là quá trình làm nguội máy biến áp Có thể làm nguội bằng không khí tự nhiên hoặc bằng dầu máy biến áp Máy biến áp dùng không khí để làm nguội gọi là máy biến áp khô, máy biến áp dùng dầu để làm nguội gọi là máy biến áp dầu Hầu hết máy biến áp làm nguội bằng dầu bao quanh lõi thép và dây quấn sẽ nóng lên và truyền nhiệt.. .Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu 2 Dây quấn Dây quấn máy biến áp là bộ phận dùng để thu năng lợng vào và truyền tải năng lợng đi Trong máy biến áp hai dây quấn có cuộn HA nối với lới điện áp thấp và cuộn CA nối với lới điện cao hơn ở máy biến áp có 3 dây quấn ngoài hai dây quấn CA và HA còn có dây quấn thứ 3 với điện áp trung bình gọi la TA Máy biến áp biến đổi hệ thống... ĐT 29 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu chơng iii: tính toán dây quấn máy biến áp III.1 các yêu cầu chung Có thể chia làm hai loại 1.Yêu cầu vận hành: Gồm điện cơ và nhiệt a Yêu cầu về điện Khi vận hành thờng dây quấn máy biến áp có điện áp làm việc bình thờng và quá điện áp do đóng ngắt mạch trong lới điện hay sét đánh gây nên ảnh hởng chủ yếu do cách điện chính của máy biến áp, ... số không tải của máy biến áp Xác định kích thớc cụ thể của lõi sắt Xác định tổn hao không tải Xác định dòng điện không tải và hiệu suất 6 Tính toán nhiệt và hệ thống làm nguội máy biến áp Quá trình truyền nhiệt trong máy biến áp Khái niệm hệ thống làm nguội máy biến áp Tiêu chuẩn về nhiệt độ chênh Tính toán nhiệt máy biến áp Tính toán gần đúng trọng lợng và thể tích bộ gián dầu SV: Nguyễn Tuấn... chiều cao dây quấn Tính toán sơ bộ lõi sắt SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 12 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu 3 Tính toán dây quấn CA và HA Chọn dây quấn CA và HA Tính cuộn dây HA Tính cuộn dây CA 4 Tính toán ngắn mạch Xác định tổn hao ngắn mạch Tính toán điện áp ngắn mạch Tính lực cơ bản của dây quấn khi máy biến áp bị ngắn mạch 5 Tính toán cuối cùng về hệ thống mạch... đo nhiệt độ biến áp, móc treo mặt khác dầu máy biến áp ngoài tác dụng làm lạnh con ngời là một chất cách điện tốt, nhng nhợc điểm là dầu máy biến áp đồng thời cũng là vật liệu dễ cháy nên sinh ra hoả hoạn Vì vậy trong nhiều trờng hợp phải có thiết bị và biện pháp chống cháy thích hợp 1.6 mục đích yêu cầu và nhiệm vụ Để đảm bảo vê tính toán hợp lý tốn ít thời gian việc thiết kế máy biến áp sẽ lần lợt... điện áp cũng tốt hơn các loại dây quấn kiểu bánh dây Tuy nhiên nhiều loại dây quấn này có nhợc điểm cơ bản là bề mặt làm lạnh bị giảm đi nhiều so với loại dây quấn bánh dây SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT 34 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu Một biến thế mới của dây quấn hình ống nữa là dây quấn bằng các tấm nhôm hay đồng mỏng không bọc cách điện hay đợc dùng trong các máy biến