1.1. nguyÊn lÝ lÀm viỆc cƠ bẢn cỦa mÁy biẾn...
TRANSCRIPT
φ
i2
Zt
i1
1
2
u2 e
1.1. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CƠ BẢN CỦA MÁY BIẾN ÁP
u1
Hình 1-1: Sơ đồ nguyên lý máy biến áp một pha
Ta xét sơ đồ nguyên lý làm việc của máy biến áp một pha hai dây quấn:
Dây quấn 1 có w1 vòng dây
Dây quấn 2 có w2 vòng dây
Được quấn trên lỏi thép 3
Khi đặt một điện áp xoay chiều u1 vào dây quấn 1 sẽ có dòng điện i1
trong dây quấn 1, dòng điện i1 sinh ra sức từ động F=i1.w1 sức từ động này
sinh ra từ thômg φ móc vòng cả hai dây quấn 1và 2. Theo định luật cảm
ứng điện từ trong cuộn dây 1và 2 sẽ xuất hiện các sức điện động cảm ứng
e1 và e2 nếu dây quấn 2 nối với một tải bên ngoài zt thì dây quấn 2 sẽ có
dòng điện i2 đưa ra tải với điện áp u2. Như vậy năng lượng của dòng điện
xoay chiều đã được truyền từ dây quấn 1 sang dây quấn 2.
Giả thiết điện áp đặt vào là hàm số hình sin thì từ thông do nó sinh ra
cũng là hàm số hình sin
( )tm ωsin=Φ=Φ (1-1)
3
Do đó theo định luật cảm ứng điện từ, sức điện động cảm ứng trong các
cuộn dây 1và 2 sẽ là
)2
sin()2
sin()sin(
11111πωπωω
ω+−=+Φ−=
Φ−=
Φ−= tEtw
dttd
wdtdwe m
m
và
)2
sin()2
sin()sin(
22222πωπωω
ω+−=+Φ−=
Φ−=
Φ−= tEtw
dttd
wdtdwe m
m
Trong đó :
mm wf
wE Φ=
Φ= 1
11 ..44.4
2...ω
mm wf
wE Φ=
Φ= 2
22 ..44.4
2...ω
Là giá trị hiệu dụng của các sức điện động dây quấn 1 và 2. Các sức điện
động cảm ứng trong dây quấn chậm pha so với từ thông một góc 2π
Người ta định nghiã tỷ số biến áp của máy biến áp như sau:
2
1
2
1
UU
EE
k ≈=
Nếu bỏ qua điện áp rơi trên dây quấn thì có thể coi
22
11 ,UEUE
≈≈
do đó k được xem như là tỷ số điện áp giữa dây quấn 1và 2
1.3. ĐỊNH NGHĨA MÁY BIẾN ÁP
Từ nguyên lý làm việc cơ bản trên ta có thể định nghĩa máy biến áp như
sau: Máy biến áp là một thiết bị điện từ đứng yên, làm việc trên nguyên lý
cảm ứng điện từ, biến đổi một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp này
thành một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp khác, với tần số không
thay đổi.
Máy biến áp có hai dây quấn gọi là máy biến áp hai dây quấn. Dây quấn
nối với nguồn điện để thu năng lượng vào gọi là dây quấn sơ cấp. Dây quấn
nối với tải để đưa điện năng ra gọi là dây quấn thứ cấp. Dòng điện, điện áp,
công suất .. của từng dây quấn theo tên sơ cấp và thứ cấp tương ứng. Dây
quấn có điện áp cao gọi là dây quấn cao áp. Dây quấn có điện áp thấp gọi là
dây quấn hạ áp. Nếu điện áp thứ cấp bé hơn điện áp sơ cấp ta có máy biến
áp giảm áp, nếu điện áp thứ cấp lớn hơn điện áp sơ cấp gọi là máy biến áp
tăng áp.
Ở máy biến áp ba dây quấn, ngoài hai dây quấn sơ cấp và thứ cấp còn có
dây quấn thứ ba với điện áp trung bình. Máy biến áp biến đổi hệ thống
dòng điện xoay chiều một pha gọi là máy biến áp một pha, máy biến áp
biến đổi hệ thống dòng điện xoay chiều ba pha gọi là máy biến áp ba pha.
Máy biến áp ngâm trong dầu gọi là máy biến dầu, máy biến áp không ngâm
trong dầu gọi là máy biến áp khô, máy biến áp có ba trụ nằm trong một mặt
phẳng gọi là máy biến áp mạch từ phẳng, máy biến áp với ba trụ nằm trong
không gian gọi là máy biến áp mạch từ không gian.
1.4. CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐỊNH MỨC
Các đại lượng định của máy biến áp qui định điều kiện kỹ thuật của
máy. Các đại lượng này do nhà máy chế tạo qui định và thường được ghi
trên nhãn máy biến áp
- Dung lượng hay công suất định mức Sđm: là công suất toàn phần (hay
biểu kiến ) đưa ra ở dây quấn thứ cấp của máy biến áp, tính bằng kilô
vôn –ampe (KVA) hay vôn-ampe (VA).
- Điện áp dây sơ cấp định mức U1đm: là điện áp của dây quấn sơ cấp
tính bằng kilôvôn (KV) hay vôn (V). Nếu dây quấn sơ cấp có các đầu phân
nhánh thì người ta ghi cả điện áp định mức của từng đầu phân nhánh.
- Điện áp dây thứ cấp định mức U2đm: là điện áp dây của dây quấn thứ
cấp khi máy biến áp không tải và điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp là định
mức, tính bằng kilô vôn (KV) hay vôn(V).
- Dòng điện dây định mức sơ cấp I1đm và thứ cấp I2đm: là những dòng
điện dây của dây quấn sơ cấpp và thứ cấp ứng với công suất và điện áp
định mức, tính bằng kilôampe (KA) hay ampe (A).
- Tần số định mức fđm: tính bằng Hz. Thường máy biến áp điện lực có
tần số công nghiệp là 50 Hz hay 60 Hz.
Ngoài ra trên nhãn máy biến áp điện lực còn ghi những số liệu khác như;
số pha m, sơ đồ và tổ nối dây quấn, điện áp ngắn mạch un%, chế độ làm
việc (dài hạn hay ngắn hạn ), phương pháp làm mát ..
Khái niệm “ định mức “ còn bao gồm những tình trạng làm việc định
mức của máy biến áp nữa mà có thể không ghi trên nhãn máy như: hiệu
suất định mức, độ tăng nhiệt định mức, nhiệt độ định mức của môi trường
xung quanh.
1.5. CẤU TẠO CỦA MÁY BIẾN ÁP
Máy biến áp có các bộ phận chính sau đây: lõi thép, dây quấn và vỏ
máy.
1.5.1 Lõi thép
Lõi thép dùng làm mạch dẫn từ, đồng thời làm khung để quấn dây
quấn. Theo hình dáng lõi thép người ta chia ra
- Máy biến áp kiểu lõi hay kiểu trụ: Dây quấn bao quanh trụ thép.
Loại này hiện nay rất thông dụng cho các máy biến áp một pha và ba pha
có dung lượng nhỏ và trung bình.
Hình 1-2: Máy biến áp kiểu lõi 1pha , 3pha
- Máy biến áp kiểu bọc
Mạch từ được phân ra hai bên và “ bọc “ lấy một phần dây quấn. Loại
này thường chỉ được dùng trong một vài nghành chuyên môn đặc biệt như
máy biến áp dùng trong lò điện, luyện kim, hay máy biến áp một pha công
suất nhỏ dùng trong kỹ thuật vô tuyến điện, âm thanh ..
Hình 1-3: Máy biến áp kiểu bọc
- Máy biến áp kiểu trụ bọc
Ở các máy biến áp hiện đại, dung lượng lớn và cực lớn (80- 100 MVA
trên một pha ), điện áp thật cao (220-400 kV), để giảm chiều cao của trụ
thép, tiện lợi cho việc vận chuyển, mạch từ của máy biến áp kiểu trụ được
phân sang hai bên nên máy biến áp mang hình dáng vừa kiểu trụ vừa kiểu
bọc
- Máy biến áp mạch từ không gian
Mạch từ của máy biến áp được phân bố trong không gian. Loại máy
biến áp này chỉ được chế tạo cho loại máy biến áp có công suất nhỏ và
trung bình.
1.5.2. Cấu tạo lõi thép
Lõi thép máy biến áp gồm hai phần: phần trụ và phần gông. Trụ là
phần lõi thép có dây quấn, gông là phần lõi thép nối các trụ lại với nhau
thành mạch từ kín và không có dây quấn ( đối với máy biến áp kiểu bọc
và máy biến áp kiểu trụ – bọc thì hai trụ phía ngoài cũng đều thuộc về
gông ). Để giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên, lõi thép được ghép từ
những lá thép kỹ thuật điện có bề dày (0,27-0,35 mm) có phủ sơn cách
điện trên bề mặt. Trụ và gông có thể ghép với nhau bằng phương pháp
ghép nối hoặc ghép xen kẽ. Ghép nối thì trụ và gông ghép riêng, sau đó
dùng xà ép và bu lông vít chặt lại. Ghép xen kẽ thì toàn bộ lõi thép phải
ghép đồng thời và các lá thép được xếp xen kẽ với nhau lần lượt theo trình
tự a, b.
a b
Hình 1-4: Ghép xen kẽ lõi thép máy biến áp ba pha
Sau khi ghép, lõi thép cũng được vít chặt bằng xà ép và bu lông . Phương
pháp này tuy phức tạp song giảm được tổn hao do dòng điện xoáy gây nên
và rất bền về phương diện cơ học, vì thế hầu hết các máy biến áp hiện nay
đều dùng kiểu ghép này.
Do dây quấn thành hình tròn, nên tiết diện ngang của trụ thép thường làm
thành hình bậc thang gần tròn. Gông từ vì không có dây quấn, do đó, để
thuận tiện cho việc chế tạo tiết diện ngang của gông có thể làm đơn giản:
hình chữ nhật , hình chữ thập hoặc hình chữ T.
Để đảm bảo an toàn: toàn bộ lõi thép được nối đất với võ máy và võ máy
phải được nối đất.
1.5.3. Dây quấn
Dây quấn là bộ phận dẫn điện của máy biến áp, làm nhiệm vụ thu năng
lượng vào và truyền năng lượng ra. Kim loại làm dây quấn thường bằng
đồng, cũng có thể dùng dây quấn bằng nhôm nhưng không phổ biến. Theo
cách sắp xếp dây quấn cao áp và hạ áp, người ta chia ra hai loại dây quấn
chính: dây quấn đồng tâm và dây quấn xen kẽ.
- Dây quấn đồng tâm
Dây quấn đồng tâm tiết diện ngang là những vòng tròn đồng tâm. Dây
quấn hạ áp thường quấn phía trong gần trụ thép, còn dây quấn cao áp quấn
phía ngoài bọc lấy dây quấn hạ áp. Với cách quấn này có thể giảm bớt điều
kiện cách điện của dây quấn cao áp. Trong dây quấn đồng tâm lại có nhiều
kiểu khác nhau, dây quấn hình trụ, dây quấn hình xoắn, dây quấn xoáy ốc
liên tục.
- Dây quấn xen kẽ
Các bánh dây quấn cao áp và hạ áp lần lượt xen kẽ nhau dọc theo trụ
thép.
1.5.. Võ máy
Võ máy gồm hai bộ phận thùng và nắp thùng.
- Thùng máy biến áp
Thùng máy làm bằng thép. Tùy theo dung lượng của máy biến áp mà
hình dáng và kết cấu thùng khác nhau. Lúc máy biến áp làm việc, một phần
năng lượng bị tiêu hao thoát ra dưới dạng nhiệt đốt nóng lõi thép, dây quấn
và các bộ phận khác làm cho nhiệt độ của chúng tăng lên. Để đảm bảo cho
máy biến áp vận hành liên tục với tải định mức trong thời gian qui định và
không bị sự cố, phải tăng cường làm lạnh bằng cách ngâm máy biến áp
trong thùng dầu. Đối với máy biến áp dung lượng lớn để giảm kích thứơc
của máy và tăng cường làm mát, người ta dùng loại thùng dầu có ống hoặc
thùng dầu có gắn các bộ tản nhiệt. Những máy biến áp có dung lượng trên
10000 kVA, người ta dùng những bộ tản nhiệt có thêm quạt gió để tăng
cường làm lạnh.
- Nắp thùng
Dùng để đậy thùng và trên đó đặt các chi tiết máy quan trọng như. Các
sứ đầu ra của dây quấn cao áp và hạ áp. Làm nhiệm vụ cách điện giữa dây
dẫn ra với võ máy. Bình giãn dầu, ống bảo hiểm. Ngoài ra trên nắp còn đặt
bộ phận truyền động của cầu dao đổi nối các đầu điều chỉnh điện áp của
dây quấn cao áp.
1.6. TỔ NỐI DÂY CỦA MÁY BIẾN ÁP
Để máy biến áp có thể làm việc được các dây quấn pha sơ cấp và thứ
cấp phải được nối với nhau theo một qui luật xác định. Ngoài ra, sự phối
hợp kiểu nối dây quấn sơ cấp và thứ cấp cũng hình thành các tổ nối dây
quấn khác nhau. Hơn nữa, khi thiết kế máy biến áp, việc qui định tổ nối dây
quấn cũng phải thích ứng với kết cấu mạch từ để tránh những hiện tượng
không tốt như sức điện động pha không sin, tổn hao phụ tăng v.v ..
Trước khi nghiên cứu tổ nối dây của máy biến áp ta hãy xét cách ký
hiệu đầu dây và cách đấu các dây quấn pha với nhau.
1.6.1. Cách ký hiệu đầu dây
Các đầu tận cùng của dây quấn máy biến áp, một đầu gọi là đầu đầu,
đầu kia gọi là đầu cuối. Đối với máy biến áp một pha có thể tùy chọn đầu
đầu và đầu cuối. Đối với máy biến áp ba pha , các đầu đầu và đầu cuối
phải chọn một cách thống nhất: giả sử dây quấn pha A đã chọn đầu đầu
đến đầu cuối theo chiều kim đồng hồ ( hình vẽ ) thì dây quấn pha B, C còn
lại cũng phải chọn như vậy. Điều này rất cần thiết, bởi vì nếu một pha ký
hiệu ngược thì điện áp dây lấy ra sẽ mất tính đối xứng.
Hình 1-5: Cách qui ước các đầu đầu và đầu cuối của dây quấn máy
biến áp. Điện áp dây không đối xứng khi ký hiệu ngược.
Để thuận tiện cho việc nghiên cứu người ta thường đánh dấu lên sơ
đồ dây quấn của máy biến áp với qui ước như sau.
Các đầu tận cùng Dây quấn cao áp
(CA) Dây quấn hạ áp
(HA) Đầu đầu
Đầu cuối
Đầu dây trung tính
A , B , C
X , Y , Z O hay N
a , b , c
x , y , z o hay n
Đối với máy biến áp ba dây quấn ngoài hai dây quấn sơ cấp và thứ cấp
còn có dây quấn điện áp trung. Dây quấn này được ký hiệu như sau: đầu
đầu bằng các chữ Am, Bm, Cm; đầu cuối bằng các chữ Xm, Ym, Zm và đầu
trung tính bằng chữ Om.
1.6.2. Các kiễu đấu dây quấn
Dây quấn máy biến áp có thể đấu sao ( ký hiệu bằng dấu “ Y “ ) hay
hình tam giác ( ký hiệu bằng dấu “ D” hay “Δ” ). Đấu sao thì ba đầu X, Y,
Z nối lại với nhau, còn ba đầu A, B, C để tự do. Nếu đấu sao có dây trung
tính thì ký hiệu bằng dấu “ Yo”. Đấu tam giác thì đầu cuối của pha này nối
với đầu đầu của pha kia hoặc theo thứ tự AX – BY – CZ – A, hoặc theo
thứ tự AX – CZ – BY – A. Các máy biến áp công suất, thường dây quấn
cao áp được đấu Y, còn dây quấn hạ áp đấu tam giác, bởi vì làm như vậy
thì phía cao áp, điện áp pha nhỏ đi 3 lần so với điện áp dây, do đó giảm
được chi phí và điều kiện cách điện; phía hạ áp thì dòng điện pha nhỏ đi
3 lần so với dòng điện dây, do đó có thể làm nhỏ dây dẫn thuận tiện cho
việc chế tạo. Ngoài hai kiểu đấu dây trên, dây quấn máy biến áp có thể đấu
theo kiểu zic – zăc ( ký hiệu bằng chữ “ Z” ) lúc đó mỗi pha gồm hai nữa
cuộn dây trên hai trụ khác nhau nối tiếp và mắc ngược nhau. Kiếu đấu này
thường rất ít dùng vì tốn nhiều đồng hơn.
1.6.3. Tổ nối dây của máy biến áp
Tổ nối dây của máy biến áp được hình thành do sự phối hợp kiểu đấu
dây quấn sơ cấp so với kiểu đấu dây quấn thứ cấp. Nó biểu thị góc lệch
pha giữa các sức điện động dây quấn sơ cấp và dây quấn thứ cấp máy biến
áp. Góc lệch pha này phụ thuộc vào các yếu tố sau
- Chiều quấn dây
- Cách ký hiệu các đầu dây
- Kiểu đấu dây quấn ở sơ cấp và thứ cấp
Để thuận tiện người ta không dùng “độ” để chỉ góc lệch pha đó mà
dùng phương pháp kim đồng hồ để biểu thị gọi là tổ nối dây của máy biến
áp. Cách biểu thị đó như sau: kim dài của đồng hồ chỉ sức điện động dây sơ
cấp đặt cố định ở con số 12, kim ngắn chỉ sức điện động dây thứ cấp đặt
tương ứng với các con số 1, 2, ... , 12 tùy theo góc lệch pha giữa chúng là
30, 60, ..., 360o . Như vậy theo cách ký hiệu này thì máy biến áp ba pha sẽ
có 12 tổ nối dây. Trong thực tế sản xuất nhiều máy biến áp có tổ nối dây
khác nhau rất bất tiện cho việc vận hành và chế tạo, vì thế ở nước ta chỉ sản
xuất máy biến áp điện lực có tổ nối dây như sau. Đối với máy biến áp một
pha có tổ I/I-12, đối với máy biến áp ba pha có các tổ nối dây Y/Yo-12
,Y/d-11, Yo/d-11.
1.7. Những hiện tượng xuất hiện khi từ hóa lõi thép
Khi từ hóa lõi thép máy biến áp, do mạch từ bão hòa sẽ làm xuất hiện
những hiện tượng mà trong một số trường hợp những hiện tượng ấy có thể
ảnh hưởng đến tình trạng làm việc của máy biến áp. Khi máy biến áp làm
việc không tải ảnh hưởng của hiện tượng bão hòa mạch từ lớn nhất. Nghiã
là khi đặt vào dây quấn sơ cấp điện áp hình sin, còn dây quấn thứ cấp hở
mạch. Sự ảnh hưởng của hiện tượng bão hòa mạch từ với máy biến áp một
pha và ba pha có sự khác nhau. Đối với máy biến áp ba pha ảnh hưởng của
hiện tượng bão hòa mạch từ còn phụ thuộc vào kiểu dáng mạch từ và tổ nối
dây của máy biến áp.
1.7.1. Máy biến áp một pha
Điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp sẽ sinh ra dòng điện không tải io chạy
trong nó, dòng điện không tải io sinh ra từ thông φ chạy trong lõi thép máy
biến áp. Giả sử điện áp đặt vào hai đầu cuôn dây sơ cấp có dạng u=Umsin
ω t và bỏ qua điện áp rơi trên điện trở dây quấn, thì u=-e =wdtdφ nghĩa là từ
thông sinh ra cũng biến thiên hình sin theo thời gian. )2
sin( πωφφ −= tm .
Nếu không kể đến tổn hoa trong lõi thép thì dòng điện không tải io chỉ
thuần túy là thành phần dòng điện phản kháng dùng để từ hóa lõi thép io=iox
. Do đó những quan hệ )( oif=φ cũng chính là quan hệ từ hóa B=f(H).
Theo lý thuyết cơ sở kỹ thuật điện thì do hiện tượng bão hòa mạch từ, nếu
φ là hình sin, i0 sẽ không sin mà có dạng nhọn đầu và trùng pha với φ ,
nghĩa là dòng điện io ngoài thành phần sóng cơ bản io1 còn có các thành
phần sóng điều hòa bậc cao: bậc 3, 5, 7 ,... , trong đó thành phần sóng bậc 3
io3 lớn nhất và đáng kể hơn cả, còn các thành phần khác không đáng kể có
thể bỏ qua. Nếu mạch từ càng bảo hòa thì io càng nhọn đầu do đó thành
phần sóng bậc cao càng lớn đặc biệt là thành phần sóng bậc ba.
Khi có kể đến tổn hao trong lõi thép thì quan hệ )( oif=φ là quan hệ từ
trễ B(H). Khi đó dòng điện từ hóa gồm hai thành phần, tác dụng và phản
kháng, io có dạng nhọn đầu và vượt trước φ một góc α nào đó. Góc α lớn
hay bé tùy thuộc mức độ trể của B đối với H nhiều hay ít, nghĩa là tổn hao
từ trễ trong lõi thép nhiều hay ít, vì thế α được gọi là góc tổn hao từ trể.
Trên thực tế Ior<10%Io , nên dòng điện Ior thực ra không ảnh hưởng đến
dòng điện từ hóa nhiều và có thể coi Iox ≈ Io.
1.7.2. Máy biến áp ba pha
Khi không tải nếu xét từng pha riêng lẽ thì dòng điện bậc ba trong các
pha
io3A= Io3msin3 tω
i03B=Io3msin 3( tω -120o)=I03msin 3 tω
i03C=I03msin 3( tω -240o)= I03msin 3 tω
trùng pha nhau về thời gian, nghĩa là tại mọi thời điểm chiều của dòng điện
trong cả ba pha hoặc hướng từ đầu đến cuối dây quấn hoặc ngược lại. Song
chúng có tồn tại hay không và dạng sóng như thế nào còn phụ thuộc vào
kết cấu mạch từ và cách đấu dây quấn nữa.
a) Trường hợp máy biến áp nối Y/y
Vì dây quấn sơ cấp nối Y nên thành phần dòng điện bậc ba không tồn
tại, do đó dong điện từ hóa io có dạng hình sin và từ thông do nó sinh ra sẽ
có dạng vạt đầu. Như vậy có thể xem từ thông tổng φ gồm sóng cơ bản 1φ
và các sóng điều hòa bậc cao, ..., 53 φφ . Vì các thành phần từ thông bậc cao
hơn 3 rất nhỏ có thể bỏ qua. Đối với tổ máy biến áp ba pha, vì mạch từ của
cả ba pha riêng rẽ, từ thông 3φ của cả ba pha cùng chiều tồn tại mọi thời
điểm sẽ dễ dàng khép kín trong từng lõi thép như từ thông 1φ . Do từ trở của
lõi thép rất nhỏ, nên 3φ có trị số khá lớn. Kết quả là trong dây quấn sơ cấp
và thứ cấp của máy biến áp, ngoài sức điện động cơ bản e1 do từ thông 1φ
tạo ra, còn có các sức điện động bậc 3 do 3φ tạo ra khá lớn E3=(45-
60)%E1. Do đó sức điện động tổng trong pha e=e1+e3+ .. sẽ có dạng
nhọn đầu, nghĩa là biên độ sức điện đông pha tăng lên rõ rệt, như vậy
hoàn toàn không có lợi cho sự làm việc của máy biến áp và trong nhiều
trường hợp rất nguy hiểm, như chọc thủng cách điện của dây quấn, làm
hư hỏng các thiết bị điện đo lường và nếu trung tính nối đất dong điện
bậc 3 sẽ gây ảnh hưởng đến đường dây thông tin. Bởi những lý do đó,
trên thực tế người ta không dùng kiểu nối Y/y cho tổ máy biến áp ba pha
đối với máy biến áp ba pha 5 trụ thành phần từ thông bậc cao cũng dễ
dàng khép mạch trong lõi thép nên những hiện tượng xuất hiện cũng tương
tự tổ máy biến áp ba pha.
Đối với máy biến áp ba pha ba trụ vì thuộc hệ thống mạch từ chung nên
hiện tương sẽ khác đi. Từ thông 3φ bằng nhau và cùng chiều trong ba trụ
thép tại mọi thời điểm, nên chúng không thể khép mạch từ trụ này qua trụ
khác mà bị đẩy ra ngoài và khép mạch từ gông này đến gông kia qua
không khí hoặc dầu là môi trường có từ trở lớn. Vì thế 3φ không lớn lắm và
có thể coi từ thông trong mạch từ là hình sin, nghĩa là sức điện động pha
thực tế là hình sin. Nhưng do từ thông bậc 3 đập mạch với tần số 3f qua
vách thùng, các bu lông ghép vv... sẽ gây nên những tổn hao phụ làm hiệu
suất giảm xuống. Do đó phương pháp đấu Y/y đối với máy biến áp ba pha
ba trụ cũng chỉ dùng cho máy biến áp công suất hạn chế từ 5600 kVA trở
xuống.
b) Trường hợp nối D/y
Dây quấn sơ cấp nối D, nên dòng điện io3 sẽ khép kín trong tam giác đó,
vì vậy dòng điện từ hóa vì có thành phần bậc 3 sẽ có dạng nhọn đầu, do đó
từ thông và các sức từ động của dây quấn sơ cấp và thứ cấp đều có dạng
hình sin. Do đó sẽ không có hiện tượng bất lợi như trên xẩy ra.
c) Trường hợp máy biến áp ba pha nối Y/d
Do dây quấn sơ cấp nối Y nên dòng điện từ hóa trong đó sẽ không có
thành phần điều hòa bậc 3, như vậy từ thông sẽ có dạng vạt đầu, nghĩa là
tồn tại thành phần từ thông bậc 3 3φ . Từ thông bậc bậc 3 sẽ cảm ứng trong
dây quấn thứ cấp sức điện động bậc 3 e23. Đến lượt e23 gây ra trong mạch
vòng thứ cấp nối tam giác dòng điện bậc 3 i23, rõ ràng i23 sẽ sinh ra từ
thông bậc 3 gần như ngược pha với 3φ của dòng điện sơ cấp tạo nên. Do đó
từ thông tổng trong lõi thép là dy 33 φφφ += 0≈ . Ảnh hưởng của từ thông bậc
3 trong mạch từ không đáng kể nữa, sức điện động pha sẽ gần như hình sin.
Tóm lại khi máy biến áp làm việc không tải, các cách đấu D/y, Y/d đều
tránh được tác hại của từ thông và sức điện động điều hòa bậc 3.
1.8. Trong nghiên cứu máy biến áp thường dùng các định luật sau
1.8.1 Định luật về cảm ứng điện từ. Định luật Faraday
Trong các thiết bị điện từ, định luật này được viết như sau
e=-dtdφ
Điều đó nói rằng: một sự biến thiên của tổng từ thông móc vòng một
mạch điện sẽ tạo ra một sức điện động tỷ lệ với đạo hàm của tổng từ thông
biến thiên đó.
Cũng có thể viết dưới dạng
e=Blv
trong đó v là vận tốc chuyển động của một thanh dẫn l nằm trong từ
trường có từ cảm B vuông góc với chiều chuyển động của thanh dẫn đó.
1.8.2. Định luật toàn dòng điện
Định luật này được diễn tả như sau
∫ ∑ == FiHdl
Tích phân vòng của cường độ từ trường theo một đường khép kín bất kỳ
bao quanh một số mạch điện bằng tổng dòng điện trong các mạch. F chỉ giá
trị của sức từ động lên mạch từ đó.
1.8.3. Định luật về lực điện từ. Định luật laplace
Đây là một định luật cho ta giá trị của lực −
Mdf tác dụng trên một đơn vị
dòng điện −
idl đặt ở điểm M có từ cảm −
MB . Lực này bằng tích vectơ của
đơn vị dòng điện với vectơ từ cảm
−
Mdf =−
idl x−
MB
lực tác dụng trên một đoạn dây dẫn mang dòng điện nằm trong từ trường
bằng :
f= ∫l
dlBi0
sinϕ
trong đó ϕ là góc giữa từ cảm −
B với vectơ dòng điện −
i . Nếu từ trường đều
và dây dẫn thẳng, ta có
f= ϕsinBil
1.8.4. Năng lượng trường điện từ
Năng lượng tổng trong một thể tích từ trường có μ không đổi bằng:
W= dVH∫ 2
2μ = 2
21 Li
Trong trường hợp này, Li=ψ
chỉ từ trường móc vòng bởi dòng điện i và L là từ cảm của cuộn dây. Nếu
thiết bị điện từ có hai hoặc nhiều mạch điện có hỗ cảm điện từ thì năng
lượng điện từ của hai mạch điện có hỗ cảm bằng
W12= 21122
221
21
2
222iiM
iLiLdVH
++=∫μ
Tất cả các phương trình cân bằng điện áp của các loại máy điện được
biểu thị theo định luật Krirhôff bằng một phương trình ma trận có dạng
−−
= ziu
trong đó: u-vectơ điện áp có các thành phần bằng các điện áp đặt vào các
mạch điện tương ứng với các dây quấn của mạch điện.
i- là vectơ dòng điện có các thành phần dòng điện chạy trong các mạch
điện
z- là ma trận tổng trở
Mômen điện từ sinh ra trong máy điện sẽ bằng
M=k−−
iψ
trong đó ψ : - vectơ từ thông móc vòng có các thành phần bằng từ thông do
các dây quấn sinh ra
CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN CÁC KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU CỦA MÁY
BIẾN ÁP 2.1. CÁC SỐ LIỆU BAN ĐẤU
• Công suất định mức: S= 7500 KVA
• Điện áp định mức : 2
1
UU = 35/22 KV, đấu Y/Y
• Tần số : f=50Hz
• Tổn hao không tải : Po=8000 W
• Tổn hao ngắn mạch : Pn=42000W
• Dòng điện không tải : io=0,7%
• Điện áp ngắn mạch : un=7,5%
• Kiểu máy: Đặt ngoài trời , làm việc liên tục, làm lạnh bằng dầu
2.2. TÍNH CÁC ĐẠI LƯỢNG CƠ BẢN
Dựa vào nhiệm vụ thiết kế trước hết xác định các đại lượng cơ sau đây
+ Công suất một pha của máy biến áp
)kVA(mS
St 25003
7500===
+ Công suất một trụ
)kVA(tS
S' 25003
7500===
trong đó t là số trụ tác dụng t=3, m là số pha của máy biến áp m=3 pha, S
công suất định mức của máy biến áp
+ Dòng điện dây định mức
- Dòng điện dây phía cao áp
)A(,..
..U.
.SI 72123
10353107500
310
3
3
1
3
1 ===
- Dòng điện dây phía hạ áp
)A(,..
..U.
.SI 83196
10223107500
310
3
3
2
3
2 ===
+ Dòng điện pha định mức
- Phía cao áp )A(,II f 7212311 ==
- Phía hạ áp )A(,II f 8319622 ==
+ Điện áp pha định mức
- Điện áp pha định mức phia cao áp, phía cao áp nối tam giác ta có
)KV(.U
Uf 212031
1 ==
- Điện áp pha định mức phía hạ áp, phía hạ áp nối sao ta có
)KV(,U
Uf 7123
2232
2 ===
+ Điện áp thử dây quấn: theo phụ lục VIII trang 653 TKMĐ
Để xác định khoảng cách cách điện giữa các dây quấn, các phần dẫn
điện khác và các bộ phận nối đất của máy biến áp cần phải biết các trị số
điện áp thử của chúng. Dựa theo cấp điện áp của dây quấn chọn điện áp thử
tương ứng
- Điện áp thử dây quấn cao áp
Ut1=80 (KV)
- Điện áp thử dây quấn hạ áp
Ut2=50(KV)
+ Các thành phần điện áp ngắn mạch
- Thành phần tác dụng của điện áp ngắn mạch
(%),.10 S
Pu n
nr =
Pn : tổn hao ngắn mạch (W)
S : dung lượng máy biến áp (kVA)
Thay số vào ta được
(%)56,07500.10
42000==nru
- Thành phần phản kháng của điện áp ngắn mạch
(%)48,7560,-5,7- 2222 === nrnnx uuu
2.3. THIẾT KẾ SƠ BỘ LỖI SẮT VÀ TÍNH TOÁN CÁC KÍCH
THƯỚC CHỦ YẾU CỦA MÁY BIẾN ÁP
2.3.1. Thiết kế sơ bộ lõi sắt
Từ yêu cầu của nhiệm vụ thiết kế máy biến áp mạch từ không gian. Lõi
sắt của máy biến áp gồm hai bộ phận chính, trụ và gông. Lõi sắt là phần
mạch từ của máy biến áp do đó thiết kế nó cần phải làm sao cho tổn hao
chính cũng như tổn hao phụ nhỏ, dòng điện không tải nhỏ, trọng lượng tôn
silic ít và hệ số điền đầy của lõi sắt cao. Mặt khác lõi sắt còn làm khung mà
trên đó để nhiều bộ phận quan trọng của máy biến áp như dây quấn, giá đỡ
dây dẫn ra. Hơn nữa, lõi sắt có thể chịu những lực cơ học lớn khi dây quấn
bị ngắn mạch. Vì vậy yêu cầu thứ hai của lõi sắt là phải bền và ổn định về
cơ khí.
Trụ được làm từ lá thép kỹ thuật điện ghép lại thành hình bậc thang vì
vậy lá thép dùng để làm trụ gồm nhiều thếp có kích thước khác nhau. Số
bậc thang của trụ càng nhiều thì tiết diện trụ càng gần tròn, nhưng số tập
lá thép càng nhiều, nghĩa là số lượng các lá tôn có kích thước khác nhau
càng nhiều làm cho quá trình chế tạo lắp ráp lõi thép càng phức tạp
Để đảm bảo được đường kính tiêu chuẩn, kích thước lá thép từng tệp
trong trụ và số bậc của trụ cũng được tiêu chuẩn hóa.
l o
l o
a12
d12
d
a22 ao1a2a1
l
C
Ép trụ có rất nhiều cách, tùy theo công suất và đường kính trụ máy biến
áp. Để giảm tổn hao trong mạch từ và đảm bảo cho mạch từ chắc chắn và
lực ép phân bố đều trên lõi thép ta dùng băng vải thủy tinh.
Gông là phần mạch từ dùng để khép kín mạch từ với máy biến áp mạch
từ không gian gông được làm bằng thép cuộn quấn lại. Khi chế tạo gông ta
dùng một miếng lót để tạo lỗ tương ứng với phần giữa trụ để cố định trụ và
gông với nhau
2.3.2. Tính toán lựa chọn phương án:
Hình 2-1
d: đường kính trụ sắt
l: chiều cao dây quấn
d12: đường kính trung bình giữa hai dây quấn hay của rảnh dầu giữa hai
dây quấn
Trong tính toán thiết kế máy biến áp các kích thước cơ bản trên được xác
định thì hình dáng, thể tích và các kích thước khác cũng được xác định.
Trong thiết kế máy biến áp thường dùng trị số β để chỉ quan hệ giữa
đường kính trung bình của các dây quấn 12d với chiều cao l của dây quấn
gọi là tỷ số kích thước cơ bản ld12.π
β =
Trị số này biến thiên trong khoảng rộng 1,0 đến 3,6 và ảnh hưởng rất lớn
tới đặt tính kỹ thuật và kinh tế của máy biến áp
Chọn các số liệu xuất phát và tính các kích thước chủ yếu
Các số liệu xuất phát được chọn theo điện áp thử của các cuộn dây cao áp
và hạ áp tra bảng ta có:
)(50),(80 21 kVUkVU tt ==
12a - là chiều rộng rãnh dầu giữa cuộn cao áp và cuộn hạ áp ta chọn theo
điện áp thử của cuộn cao áp theo bảng T654 -TKMĐ ta có: )(5),(28 1212 mmmma == δ
12δ - là bề dày lớp cách điện ở giữa rãnh dầu, dùng ống cách điện bakelit
321 aa + là một kích thước dài phụ thuộc vào công suất máy biến áp, gần
đúng có thể xem
24 '21 10.3
−=+
Skaa
S ' :Dung lượng trên 1 trụ máy biến áp
k là một hệ số tra bảng 13-1 trang 456 tài liệu TKMĐ, chọn k=0,47
)(33)(033,010.250047,010.3
2424 '21 mmmSkaa
====+ −−
- Chiều rộng qui đổi từ trường tản
)(6133283
2112 mm
aaaar =+=
++=
- Hệ số qui đổi từ trường tản: rk qui đổi từ trường tản thực tế về từ trường
tản lý tưởng hệ số này thay đổi rất ít trong tính toán sơ bộ ta chọn 95,0=rk
2.3.2.2. Chọn vật liệu
Chọn thép cán nguội đẳng hướng mã hiệu 3404 dày 0,35(mm),lá tôn phủ
1 lớp sơn ,chọn hệ số ép chặt kc=0,93 với mật độ từ thông trụ tB =(1,55-
1,65)T chọn TBt 62,1= , hệ số gk là tỷ số giữa tiết diện gông và tiết diện
trụ. Máy thiết kế là máy ngâm dầu,không tấm ép ứng với Sp=7500KVA tra
bảng trang 457TKMĐta có đường kính trụ sơ bộ d=38cm ,hệ số lấp đầy
kd=0,913 ,số bậccủa trụ là 9 ,nên hệ số lợi dụng lõi sắt là kl=kc .kd
=0,93.0,913=0,849 .Tra bảng trang 666 ta được hệ số gông là
kg=Sg/ST=1063,4/1035,8=1,022 .mật độ từ cảm trong gông
TB g 585,1022,162,1
==
Mật độ từ thông trong khe hở không khí TB
B tk 141,1
2== . Suất tổn hao sắt
trong trụ và gông: TBt 62,1= tra bảng V14 trang 617 tài liệu TKMĐ ta
có: )/(353,1 KgWPt = TBg 585,1= tra bảng ta có với TBg 56,1=
)/(207,1 KgWPg = , TBg 58,1= , )/(251,1 KgWPg = . Dùng phương pháp nội suy
ta có:
yt=12
1221 ..XX
XYXY−− + tx
xxyy
12
12
−− >
262,1585,156,158,1207,1251,1
56,158,156,1.251,158,1.207,1
=−−
+−−
=gP (W/kg)
Suất từ hóa q của tôn cán lạnh 3404 tra bảng tr617
)/(958,1,62,1 kgVAqTB tt == , TBg 585,1= tra bảng với
TqTBkgVAqTB 775,1,60,1);/(675,1,58,1 2211 ==== , dùng phương pháp nội suy
ta có:
yt=y1+ )( 112
12 xxxxyy
t −−−
)/(7,1)58,1585,1(58,160,1675,1775,1675,1 kgVAqg =−
−−
+=
2.3.2.3. Các khoảng cách cách điện chính
Dựa vào điện áp thử của cuộn cao áp và cuộn hạ áp tra bảng XIV-1 để
tra ra khoảng cách cách điện, ta có:
- Khoảng cách cuộn hạ áp đến gông l01=l02=75mm
- Khoảng cách cuộn hạ áp đến trụ: )(05,0501 cmx=δ ; )(131 mmad =
;d01=23mm;l01=45mm
- Giữa dây quấn cao áp và gông )(2 mmd =δ
- Ống cách điện giữa dây quấn cao áp và hạ áp )(612 mm=δ
-Giữa cuộn CA và cuộn HA )(2712 mma =
- Giữa các dây quấn cao áp )(3022 mma =
- Tấm chắn giữa các pha(giữa hai cuộn cao áp) a22=30mm; )(322 mm=δ
- Phần đầu thừa của ống cách điện )(50 mmld =
2.3.2.5. Tính các hệ số
a. Hệ số lợi dung lõi thép: kld=kc.kđ, kđ=b
t
TT
trong đó Tt(hay Tg) là tiết thuần thép hay tiết diện tác dụng của trụ hay
gông, Tg là tiết diện tác dụng toàn bộ hình bậc thang của trụ hay gông tra ở
bảng ta có kđ=0,913, kc=
4
2dT
TT b
tr
b
π= chọn kc=0,93, trong đó Tb là tiết diện
hình bậc thang đã kể đến các chi tiết chiếm chỗ như đệm cách điện đai ép
lỗ bắt gông.
849,0913,0.93,0 ==ldk
Từ Sp ta tra ra được a=1,4; b=0,26; fk =0,81; 6,13,1 ÷=β ;ta thiết kế dạng máy
với gông hình thang nhiều bậc nên có e= 0,411;chọn β =1,5
A= 04,34849,0.62,1.48,7.50
95,0.1,6.250016.
16 422
422
.'
==ldtnx
rr
kBfukaS
A1=5,663.10-2.a.A3kld= )(265504,34.849,0.4,1.10.663,5 32 kg=−
A2=3,6.10-2A2.kld.lo= 6,2655,7.849,0.04,34.10.6,3 22 =− (kg)
B1=2,4.10-2kg.kld.A3(a+b+e)
= 1701)411,026,04,1(04,34.849,0.022,110.4,2 32 =++− (kg)
B2 =
2,4.10 -2.kg.kld.A2(a12+a22)= 54,137)0,37,2(04,34.849,0.022,110.4,2 22 =+− (kg)
=== 222
22
222
2
1 04,34.56,0.62,1.849,0.84,04,1.750010.46,2
....
.AuBkk
aSKC
nrTldf
pdq 3637(kg)
-Kn= 66,33)1(5,7
10041,1)1(10041,1 48,756,0
=+=+−− ππ
eeu
nx
nr
uu
n
-M=0,2453.10 4− kaA
Pkk n
Rfn .2 =0,2453.10 4− 19,353
4,1.66,37420095,0.81,02 =18,85
Mpa
B= 158,01701
54,1376,26532
32
1
22 =+
=+B
BA
-Tỷ lệ giữa giá đồng PBV và thép 3404 là kFeCu=2,21
-C= 52,01701.3
26553 1
1 ==BA
-D= 339,306,1.21,2.17013637
32.
32
1
1 ==cdFeCu kkBC
-Ta có đẳng thức :
x 5 + Bx 4 -Cx-D= x 5 + 0,158x 4 -0,52x-3,339 =0
Khi 6,13,1 ÷=β thì hàm trên đạt cực tiểu tại 3,1=β
-Ứng với mật độ dòng điện Jvà lực điện động cho phép , tìm ra khoảng
cách hạn chế của β
Có x 28,242000.81,03637.4,25,44,25,4 1 ==≤
nfj Pk
C
2728,2 44 === jj xβ
x 47,185,18
606033 ==≤
Mσ
68,447,1 44 === σσβ x
-Trọng lượng tôn silíc ở các góc của gông ;
Gg=0,493.10 2− . 493,033 =xAkk gl .1,022.0,849.10 2− .34,04 3 .x 3 = 168,7x 3
- 21
xC
Gdq = )(36372 kg
x=
2.3.2.6. Tiết diện trụ: sơ bộ tính theo công thức
=== 2222 66,37.849,0.785,0...785,0 xxAkT ldt 772,25x2
2.3.2.7. Tiết diện khe hở không khí: mối nối thẳng
Tk=Tt=772,25x2,
2.3.2.8. Tổn hao không tải: xác định theo công thức
578,1691,1)262,1353,1(25,1)..( GgGGgGpGgGpkP ttgtTpfo +=+=+=
)/(353,1 KgWPt = , pg=1,262(W/kg)
2.3.2.9. Công suất từ hóa: theo công thức 20-45 trang 203 tài liệu 2 ta có
Q=k )(''kfcf QQQ ++
Qc= GTGGTT GGGqGq 7,1958,1 +=+
Qf=40q gggT GGG 32,78958,1.40. ==
Q 22 25,2360956,0.25,772.2,3..2,3 XXSq TkK ===
lấy k 25,1,, =f
Q o =k )(''kfcf QQQ ++ =2,448G T +2,125G G +97,9G g +295,3X 2
1.3 1.4 1.5 1.6
1.06779 1.087757 1.106682 1.124683
1.140175 1.183216 1.224745 1.264911 1.217468 1.287052 1.355403 1.422624 2486.444 2440.802 2399.063 2360.665 232.9467 224.473 216.8615 209.9752 2719.391 2665.275 2615.925 2570.64 2070.913 2189.275 2305.541 2419.883 156.8197 162.7395 168.4514 173.9759 2227.733 2352.015 2473.992 2593.859 4947.123 5017.29 5089.917 5164.5 205.3869 217.1257 228.6565 239.9967 8113.852 8218.46 8327.488 8440.063 31835.07 33128.63 34408.15 35674.08 4.244676 4.417151 4.587754 4.756544 3189.861 3073.826 2969.598 2875.301 5295.17 5102.551 4929.532 4773 11702.32 11276.64 10894.27 10548.33 16649.45 16293.93 15984.18 15712.83 2.106983 2.146384 2.183726 2.219245 22.94927 24.26093 25.54935 26.81646 36.34757 37.02725 37.67146 38.28421
50.8866 51.83815 52.74004 53.59789
4 33 β=x
xxA /2655/1 =22
2 6,265 xxA =2
21 )/( xAxAGT +=33
1 1701 xxB =22
2 54,137 xxB =2
23
1 xBxBGG +=
TGFe GGG +=37,168 xG g =
578,1691,10 GgGP t +=
295,3X+ 97,9G+
2,125G+ 2,448GQ2
g
GT0 =
7500/Q
10/Qi
0
0ox
=
= pS
2
21
/3637
/
x
xCGdq
=
=
dqCu GG 66,1=
CuCuCu GGK 21,2Fe =
CuCuFetd GKGC Fe' +=
4 β=x
dadd 4,112 ==
xxAd 04,34. ==
xMxcp 85.183 ==σdq
dqdq
nf
G
GKGPk
J
/119
4,242000.81,0
=
==
β
4 22 β=x
122.9107 116.2656 110.4025 105.1859
5.154086 5.250464 5.341812 5.428701 61.74069 62.78861 63.78185 64.72659
2.3.2.11. Dòng điện không tải
- Dòng điện không tải tác dụng
ior= Spo
.10%
- Dòng điện không tải phản kháng
i0x= SQ
.100 %
- Dòng điện không tải toàn phần
io = xor ii 022 + %
Vẽ đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa GFe=f(β ):
480048504900495050005050510051505200
1.3 1.4 1.5 1.6
beta
trọng
lượn
g sắ
t
Series1
Đồ thị biểu diển mối quan hệ : Po=f(β )
Đồ thị biểu diễn mối quan hệ io=f( β )
Đồ thị biểu diễn mối quan hệ Ct’=f( β )
7900800081008200830084008500
1.3 1.4 1.5 1.6
bê ta
tổn
hao
ko tả
iSeries1
3.8
4
4.2
4.4
4.6
4.8
1.3 1.4 1.5 1.6
Bêta
Dòng
I0x
Series1
15000
15500
16000
16500
17000
1.3 1.4 1.5 1.6
Bêta
Giá
thàn
h
Series1
2.3.2.12. Lựa chọn phương án
Theo bảng đã tính và đồ thị đã vẽ thì các đại lượng được quan tâm theo
β , GFe, Gdq, po, io, Ctd’=f(β ).Từ đồ thị ta chọn được β để Ctd
’ tác dụng
đạt min
Vậy ta chọn 6,1=β
Từ đó suy ra đường kính trụ sắt lõi thép: 44 6,104,34== βAd =38,28(cm)
d12=1,4.38,28=53,59cm
- Chiều cao cuộn dây
l= ==6,15359,0.. 12 π
βπ d 1,05(m)
-Tiết diện lõi sắt:S T=772,25x2=976,8cm2
-Chiều cao trụ lõi sắt lT=l+2lo=105+2.7,5=120cm
-Khoảng cách giữa các trụ lõi sắt C=64,73cm
CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN DÂY QUẤN MÁY BIẾN ÁP
3.1. CÁC YÊU CẦU CHUNG ĐỐI VỚI DÂY QUẤN Yêu cầu chung về dây quấn có thể chia thành hai loại yêu cầu sau
đây: yêu cầu về vận hành và yêu cầu về chế tạo.
3.1.1. Yêu cầu về vận hành
Có thể chia thành yêu cầu về mặt điện và mặt cơ
a) Về mặt điện
Khi vận hành dây quấn máy biến áp có điện áp, do đó cách điện của
máy biến áp phải tốt, nghĩa là phải chịu được điện áp làm việc bình thường
và quá điện áp do đóng cắt mạch trong lưới điện hay do quá điện áp thiên
nhiên gây nên. Quá điện áp do đóng cắt với điện áp làm việc bình thường,
thường chủ yếu là đối với cách điện chính của máy biến áp, tức là cách
điện giữa các dây quấn với nhau và giữa dây quấn với vỏ máy. Còn quá
điện áp do sét đánh lên đường dây thường ảnh hưởng cách điện dọc của
máy biến áp. Tức là giữa các vòng dây, lớp dây hay giữa các bánh dây của
từng dây quấn.
b) Về mặt cơ học
Dây quấn không bị biến dạng hoặc hư hỏng dưới tác dụng của lực cơ
học do dòng điện ngắn mạch gây nên.
c) Về mặt chịu nhiệt
Khi vận hành bình thường cũng như trong trường hợp ngắn mạch, trong
một thời gian nhất định, dây quấn không được nóng quá nhiệt độ cho
phép. Vì lúc đó chất cách điện sẽ bị nóng qúa mà chóng hư hỏng hoặc bị
già hóa làm cho nó mất tính đàn hồi, hóa giòn và mất tính chất cách điện.
Vì vậy khi thiết kế phải đảm bảo sao cho tuổi thọ của chất cách điện đạt
từ 15 đến 20 năm.
3.1.2. Yêu cầu về chế tạo Yêu cầu sao cho kết cấu đơn giản, tốn ít nguyên liệu và nhân công, thời
gian chế tạo ngắn và giá thành hạ nhưng vẫn đảm bảo được các yêu cầu về
mặt vận hành.
3.2. THIẾT KẾ DÂY QUẤN HẠ ÁP
3.2.1. Lựa chọn kết cấu dây quấn hạ áp
Việc lựa chọn kết cấu dây quấn kiểu nào là phải tùy thuộc vào yêu cầu về
vận hành và chế tạo trong nhiệm vụ thiết kế. Những yêu cầu chính 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 chúng : dòng điện tải trên
một trụ It, công suất trên trụ S’ , điện áp định mức và tiết diện ngang một
vòng dây s.
Trước hết ta phải xác định tiết diện của mỗi vòng dây của dây quấn hạ áp
theo biểu thức:
)( 2mI
stb
t
Δ= (3-1)
tbΔ : mật độ dòng điện trung bình trong dây quấn được xác định theo
biểu thức:
tbΔ = )/(10...
..746,0 24
12
mAdSup
k vnf
Trong đó uv là điện áp của một vòng dây được xác định theo công thức:
uv=4,44.f.St.Bt.10-4=4,44.50.976,8.1,62.10-4 =35,13(V)
-Trọng lượng sắtGFe=5164kg ,trọng lượng đồng GCu=4773kg
-mật độ dòng điện j=2,2192A/mm2,ứng suất dây quấn cho phép là σ
cp=26,82 Mpa, Tổn hao không tải Po=8440,1W
Ta có số vòng dây của một pha dây quấn hạ áp
w2=v
f
uU 2 = =
13,3512700 361,5(vòng)
ta chọn w2 là 362vòng
Tính lại điện áp của một vòng dây uv=2
2
wU f = =
36212700 35,08(V)
tbΔ =59,53.750008,35.42000
84,0.746,0...
..746,012
=dSup
k vnf =2,3(A/mm2)
Tiết diện sơ bộ vòng dây: s2’=
3,283,1962 =
Δ=
Δ tb
f
tb
t II =85,54(mm2)
Theo bảng 38 tài liệu 1 với S=7500(KVA), It=196,83(A), U=22(KV), ,
chọn dây quấn hình ống, dây dẫn hình chữ nhật, s2’=84,82(mm2)với
a=5,1mm;b=16,8mm. Với dây quấn hình ống kép hai lớp quấn nối tiếp với
nhau. Quấn lớp trong từ trên xuống dưới sau đó quấn lớp ngoài quấn ngược
từ dưới lên. Như vậy đầu dây lớp trong và đuôi dây lớp ngoài có điện áp
bằng điện áp pha dây quấn. Giữa hai lớp dây quấn có rãnh dầu làm mát dày
6 (mm)Dây quấn đứng
3.2.2. Tính toán dây quấn hạ áp
-Số vòng dây của 1 lớp: l2=lv2(wl2+1)+(0,5-1,5).(cm)
105=0,51(wl2+1)+1 wl2=203
- Chiều cao hướng trục mỗi vòng dây: kể cả cách điện, sơ bộ có thể tính
hv2= 1203105
12
2
+=
+wll =0,515 (cm)
Số vòng dây được tăng thêm 1là vì muốn quấn thành ống phải chuyển
sang vòng sau đó mới quấn được tuy mới được một vòng nhưng chiều cao
phải được tăng thêm 1 vòng ở chỗ chuyển vòng
Căn cứ vào hv2 và s2’ ta chọn dây dẫn, theo bảng 44-10 tài liệu 2 ta chọn
kích thứơc dây dẫn cuộn hạ áp như sau:
- Mật độ dòng điện thực của sây quấn
2
22 s
I f=Δ =82,8483,196 =2,32(A/mm2)
-Số lớp dây:n=362/203=1,78 vây ta quấn thành 2lớp, mỗi lớp có 181vòng
a01
D'' 2 D'2
d
bb'h
a21
a2
aa'
- Chiều cao tính toán của dây quấn hạ áp
l2=hv2(w22+1)+(0,005-0,015)(m)
l2=lv2(w22+1)+(0,005-0,015).103 =0,51(181+1).+1 =94(cm)
trị số 0,005-0,015 m là chiều cao tăng lên kể đến việc quấn không chặt lấy
bằng 7,6 mm:
Hình 3-1: Dùng để xác định kích thước của dây quấn hạ áp
- Bề dày của dây quấn hạ áp: đối với dây quấn hình ống kép ta có
a2=(4.a’+3a22)=(4.16,1+3.5)= 79,4(mm), trong đó a’ bề dày một lớp kể cả
cách điện a22 là bề rộng rãnh dầu ở giữa hai lớp:
- Đường kình trong của dây quấn hạ áp
D2’=d+2.a01=38,28+2.0,23=38,74 (cm)
- Đường kính ngoài của dây quấn hạ áp
D2’’=D2
’+2.a2=38,74+2.0,794=40,328 (cm)
- Bề mặt làm lạnh của dây quấn hạ áp: theo cộng thức 3-17
M2=n.t.k.π (D2’+D2
’’)l2
trong đó n là số rãnh dầu dọc trục của dây quấn hạ áp: n=1, k=0,75 là hệ số
kể đến sự che khuất bề mặt dây quấn do que nêm và các chi tiết cách điện
khác
--> M2=1.3.0,75. π (0,3874+0,40328).0,94=5,254 (m2)
-Trọng lượng của dây quấn hạ áp: tính theo công thức 4-4a trang 103 tài
liệu 1
63
222
22
'3
222
''2
'
2
10.82,84.6262
40328,03874,03.10.28
2..10.28..
2−+
=
+=
+= sw
DDtsw
DDtG CuCu γπ
=>GCu2=1763,3(kg), theo bảng 24 tài liệu 1 cần phải tăng trọng lượng dây
dẫn do cách điện lên 2% nên trọng lượng của dây dẫn là
Gdd2=1,02 .GCu2=1,02.1763,3=1798,55 (kg)
3.2.3. Bố trí dây quấn hạ áp
Dây quấn hạ áp được quấn thành bốn lớp. Vì dây quấn hạ áp làm bằng
dây dẫn hình chữ nhật nên để quấn được dây dọc theo đường tròn trụ ta bố
trí 12 căn dọc bằng gỗ. Kích thước của căn dọc cụ thể như sau 4x20x454
mm . Căn dọc được đặt trên lớp cách điện dày 1 mm quấn quanh trụ . Quấn
xong lớp thứ nhất ta lại đặt 12 căn dọc với kích thước 6x20x 454 mm để
làm rãnh dầu dọc trục làm mát dây quấn.
Hình 3-2: Dây quấn hạ áp
3.3. THIẾT KẾ DÂY QUẤN CAO ÁP
- Số vòng dây của dây quấn cao áp ứng với điện áp định mức
w1đm=w22235
3622
1=
f
f
UU
=576(vòng )
- Sơ bộ chọn mật độ dòng điện: theo công thức 3-30 tài liệu 1
21 .2 Δ−Δ=Δ tb =2. 2,3-2,32=2,28(A/mm2)
D''2
D''1D'1
D'2
d
a11a21
a01 a 12a2 a 1
- Sơ bộ chọn tiết diện dây dẫn
s1’=
1
1
ΔfI
=28,272,123 =54,26(mm2)
- Theo bảng VI.1 chọn dây quấn cao áp: với S=7500(KVA),
Uf1=35(KV), If1=123,72 (A) ta chọn kiểu dây quấn tiết diện chữ nhật có các
kích thước a=3,28;b=16,8mm;s=54,62mm2 Cách điện hai phía của dây
dẫn là 2.δ =3.2=6 (mm), chỉ dùng một sợi dây n=1
- Mật độ dòng điện thực
1
11 s
I f=Δ =62,5472,123 =2,265(A/mm2)
- Số vòng dây trong một lớp: theo công thức 13-44a tài liệu 1
l1=lv1(wl1+1)+1 105=0,328(wl1+1)+1 wl1=316vòng
-Số lớp dây cuộn cao áp:n=316576 =1,82
Vậy ta quấn thành 2 lớp , mỗi lớp có 288 vòng
- Bề dàydây quấn cao áp
a1=2a’+a11
a11=3cm là cách điện giữa 2 lớp dây cao áp
a’ là chiều dày 1 sợi dây cao áp a1=2.1,68+3=6,63cm
- Bố trí dây quấn
Dây quấn cao áp được bố trí làm hai nữa có rãnh dầu ở giữa để tăng
cường làm mát cho dây quấn. Vì nữa bên trong tản nhiệt và làm mát khó
hơn nên ta chia số lớp ít hơn,
Hình 3-4: Bố trí dây quấn để xác
định kích thước dây quấn
- Điện áp làm việc giữa hai lớp kề nhau:
U11=2.w11.uv=2.288.35,13=20205(V)
Căn cứ vào U11 tra bảng 26 tài liệu 1 ta tra ra cách điện giữa các lớp
U11=3554⊂ (3501-4000)V cách điện giữa các lớp gồm 40 lớp giấy cáp
chiều dày của mỗi lớp 12,0=δ mm. Đầu thừa cách điện lớp ở một đầu dây
quấn lđl=30 mm
Kích thước rãnh dầu dọc giữa dây quấn cao áp tra bảng 44b tài liệu 1 ta có
a11=6mm
- Đường kính trong của dây quấn cao áp
D1’=D2
’’+2.a12=40,328+2.2,7=45,728 cm; a12 là bề rộng rãnh dầu giữa dây
quấn cao áp và hạ áp a12=27mm tra theo điện áp thử của cuộn cao áp D2’’
đường kính ngoài của cuộn hạ áp
- Đường kính ngoài của dây quấn cao áp
D1’’=D1
’+2.a1=45,728+2. 6,63=58,988 cm
- Trọng lượng của dây quấn cao áp
Trọng lượng của dây quấn cao áp tính theo công thức 4-4a trang 103 tài
liệu 1
5
111''
1'
311
2''
1'
1
10.62,54.5762
988,58728,453.28
2..10.28..
2−+
=
+=
+= sw
DDtsw
DDtG CuCu γπ
=>GCu1= 1383,68 (kg), cần phải tăng trọng lượng dây dẫn do cách điện lên
4% nên trọng lượng của dây dẫn là:
Gdd2=1,04 .GCu2=1,04.1383,68=1439 (kg)
- Bề mặt làm lạnh của dây quấn cao áp
L1=lv1(wl1+1)+(0,005-0,015).103=0,328(288+1)+1=95,79cm
Đối với dây quấn cao áp có hai tổ lớp , giữa chúng có rãnh dầu làm lạnh tổ
lớp trong quấn trực tiếp lên ống cách điện thì có ba mặt làm lạnh bề mặt
làm lạnh được tính theo công thức 3-42c trang 94 tài liệu 1
2- dây quấn3- tấm lót cách điện lớp
a11
vành đệm bằng cách điện
a1
M1=1,5.t.k. (π D1’+D1
’’)l1=
=1,5.3.0,88.π (0,45728+0,58988).0,9579= 12,48 m2
Hình 3-5: Dây quấn cao áp :
Đối với dây quấn cao áp dây dẫn tròn, nên dây quấn được quấn trên ống nhựa
bakelit chiều dày ống bakelit là 3 mm chiều cao là 454 mm để tăng cường làm
mát giữa dây quấn cao áp ta làm rãnh dầu dọc trục để tạo rãnh dầu ta bố trí 12
căn dọc bằng gỗ để định dạng dây quấn kích thước căn dọc như sau 6x20x454
mm.
Sau khi thiết kế xong dây quấn ta phải tính toán kiểm tra xem dây quấn
thiết kế có đảm bảo yêu cầu kỹ thuật đặt ra như tổn hao ngắn mạch, điện
áp ngắn mạch. Dây quấn có 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 máy biến áp là tổn hao trong dây quấn khi ngắn
mạch một dây quấn còn dây quấn kia đặt điện áp ngắn mạch Un để cho
dòng điện trong cả hai dây quấn đều bằng định mức.
+ Tổn hao ngắn mạch có thể chia ra các thành phần như sau
- Tổn hao chính, tức là tổn hao đồng trong dây quấn cao áp và hạ áp do
dòng điên gây ra pCu1 và pCu2
- Tổn hao phụ trong hai dây quấn do từ thông tản xuyên qua dây quấn làm
cho dòng điện phân bố không đều trong tiết diện gây ra pf1và pf2
- Tổn hao chính trong dây dẫn ra pr1, pr2
- Tổn hao phụ trong dây dẫn ra. Tổn hao này rất nhỏ ta có thể bỏ qua
- Tổn hao trong vách thùng dầu và các kết cấu kim loại khác pt do từ trường
tản gây nên
Thường tổn hao phụ được gộp vào trong tổn hao chính bằng cách thêm
vào hệ số tổn hao phụ. Vậy tổn hao ngắn mạch sẽ được tính theo biểu thức:
pn=pCu1.kf1+pCu2.kf2+pr1+pr2+pt (W)
4.1.1. Tổn hao chính
- Tổn hao trong dây quấn hạ áp
pCu2=2,4 22Δ GCu2=2,4.2,322. 1763,3=22777,89(W)
- Tổn hao trong dây quấn cao áp
pCu1=2,4 12Δ GCu1=2,4. 2,2652. 1383,68=17036,62(W)
B
l
m dây dẫn
n
a φδ
b
n dây dẫn
k 2 1
4.1.2 . Tổn hao phụ trong dây quấn
Như trên đã nói tổn hao phụ thường được ghép vào tổn hao chính bằng
cách thêm hệ số kf vào tổn hao chính: pCu+pf=pCu.kf
Do đó việc xác định tổn hao phụ là xác định trị số kf. Trị số này đôi với
mỗi loại dây quấn sẽ khác nhau. Nó phụ thuộc vào kích thước hình học của
mỗi loại dây dẫn, vào sự sắp xếp của dây dẫn trong từ trường tản ... Người
ta đã tìm ra biểu thức tính toán của kf như sau:
- Dây quấn hạ áp
Hình 4-1 : Dùng để xác định tổn hao
trong dây quấn hạ áp
Đối với dây dẫn hạ áp với dây quấn hình chữ nhật với n=2 theo công thức
4-10a
kf2=1+0,095.108. 2β a4.(n2-0,2), trong đó β = rklmb .. , m=39 số thanh dẫn
song song với từ trường tản, b=8,6mm kích thước thanh dẫn song song với
từ trường tản , kr=0,95 hệ số Ragovski. Thay số vào ta được
95,0394
39.6,8=β =0,85127
n=2 số thanh dẫn thẳng góc với từ trường tản, a=6,5 mm kích thước của
thanh dẫn thẳng góc với từ trường tản
kf2=1+0,095.108. 2β a4.(n2-0,2)=1+0,095(0,85127)2.6,54(22-0,2).10-4=
1,0467
l
φδ
m dây dẫn
n dây dẫn
- Dây quấn cao áp
Hình 4-2: Dùng để xác định tổn hao trong
dây quấn cao áp
Đối với dây quấn cao áp dùng dây dẫn tròn theo công thức 4-10c trang
105 tài liệu 1 ta có
kf1=1+0,044.108 2β d4.n2
trong đó rklmd ..
=β , d=1,56 mm là đường kính dây dẫn tròn, m=200
95,0.394
200.56,1..== rk
lmdβ =0,7523
kf1=1+0,044.108 2β d4.n2=1+0,044.(0,7523)21,564132= 1,0025
- Tổn hao đồng trong dây quấn
pCu1.kf1+pCu2.kf2=pCu+pf=17036,62. 1,0025+22777,9. 1,0467=40920,84
(W)
4.1.3. Tổn hao chính trong dây dẫn ra
Tương tự như tổn hao trong dây quấn tổn hao trong dây dẫn ra xác định
bằng biểu thức
- Đối với dây quấn hạ áp
pr2=2,4. 22Δ .Gr2 (W)
2Δ =2,32(A/mm2) lấy bằng mật độ dòng điện trong dây dẫn hạ áp
Gr2=lr2.sr2.γ (kg) , lr2 chiều dài của dây dẫn ra gần đúng có thể lấy như sau
đối với dây quấn hạ áp nối sao theo 4-14 trang 106 tài liệu1 ta có:
lr2=7,5l=7,5.94= 705cm , sr2 tiết diện của dây dẫn ra lấy bằng tiết diện vòng
dây của cuộn hạ áp sr2=84,82 mm2, γ = 8900 (kg/m3) trọng lượng riêng của
đồng
Gr2=lr2.sr2.γ = 705. 84,82. 8900.10-8= 5,322(kg)
pr2=2,4. 22Δ .Gr2=2,4.2,322. 5,322=68,75(W)
- Đối với dây quấn cao áp
pr1=2,4. 12Δ .Gr1 (W)
1Δ =2,265 (A/mm2) lấy bằng mật độ dòng điện trong dây dẫn cao áp
Gr1=lr1.sr1.γ (kg), lr1 chiều dài của dây dẫn ra gần đúng có thể lấy như sau
đối với dây quấn cao áp nối tam giác theo 4-15 trang 106 tài liệu1 ta có:
lr1= lr2 =705cm, sr1 tiết diện của dây dẫn ra lấy bằng tiết diện vòng dây của
cuộn hạ áp sr1=54,62 mm2 , γ = 8900 (kg/m3) trọng lượng riêng của đồng
Gr1=lr1.sr1.γ = 705. 54,62. 8900.10-8=3,427 (kg)
pr1=2,4. 12Δ .Gr1=2,4. 2,2652. 3,427=42,195 (W)
4.1.4. Tổn hao vách thùng và các chi tiết kim loại khác
Như đã biết, một phần từ thông tản của máy biến áp khép mạch qua vách
thùng dầu, các xà ép gông, các bu lông và các chi tiết bằng sắt khác. Tổn
hao phát sinh trong các bộ phận này chủ yếu là vách thùng dầu có liên quan
đến tổn hao ngắn mạch.
Tổn hao này khó tính chính xác được. Vì kích thước thùng dầu chưa biết
thì đối với máy biến áp hai dây quấn ta tính gần đúng theo công thức sau 4-
21 tài liệu 1 pt=10.k.S, trong đó k là hệ số xác định theo bảng 40a tài liệu 1
k=0,03-0,04 ta chọn k=0,03
pt=10.k.S=10.0,03.7500= 2250 (W)
4.1.5. Tổng tổn hao ngắn mạch của máy biến áp
pn=pCu1.kf1+pCu2.kf2+pr1+pr2+pt
=40920,84+42,195+68,75+2250= 43281,785(W)
4.1.6. Tổn hao ngắn mạch khi điện áp là định mức
pnđm=pn-0,05.pCu1.kf1=43281,785-0,05.17036,62. 1,0025=42427,82 (W)
4.1.7. Sai số của tổn hao ngắn mạch so với yêu cầu đặt ra
100.42000
4200082,42427 −=
−=Δ
ntc
ntcndmn p
ppp =1,01%<5% đạt yêu cầu về tiêu
chuẩn tổn hao ngắn mạch
4.2. XÁC ĐỊNH ĐIỆN ÁP NGẮN MẠCH
Điện áp ngắn mạch của máy biến áp hai dây quấn un là điện áp đặt vào
một dây quấn với tần số định mức, còn dây kia nối ngắn mạch sao cho
dòng điện cả hai phía đều bằng các dòng điện định mức tương ứng.
Trị số un là một tham số rất quan trọng ảnh hưởng tới những đặc tính vận
hành cũng như kết cấu của máy biến áp. Thật vậy
- Khi un bé thì dòng điện ngắn mạch In lớn gây nên lực cơ học trong máy
biến áp lớn
- Khi un lớn thì điện áp giáng UΔ ở trong máy tăng lên ảnh hưởng đến các
hộ dùng điện
- Sự phân phối tải giữa các máy biến áp làm việc song song có un khác
nhau sẽ không hợp lý
Do đó để dung hòa hai ảnh hưởng đầu thông thường người ta tiêu chuẩn
hóa các điện áp ngắn mạch. Đồng thời qui định hai máy biến áp làm việc
song song phải có un chênh lệch không quá 10%. Vì vậy khi tính toán chỉ
cho phép sai lệch với un tiêu chuẩn là 5% để đề phòng khi chế tạo sai lệch
5% là vừa
4.2.1. Tính thành phần điện áp ngắn mạch tác dụng
Thành phần điện áp ngắn mạch tác dụng là thành phần điện áp rơi trên
điện trở cuộn cao áp và hạ áp của máy biến áp được xác định theo công
thức 4-22 trang 110 tài liệu 1
unr= 7500.10785,43281
.10=
Spn =0,577%
trong đó: pn là tổn hao ngắn mạch của máy biến áp (W) S là dung lượng định mức của máy biến áp (kVA)
4.2.2. Thành phần điện áp ngắn mạch phản kháng unx
Thành phần điện áp ngắn mạch phản kháng là thành phần điện áp ngắn
mạch rơi trên điện kháng tản của dây quấn cao áp và hạ áp. Đối với máy
dây quấn đồng tâm hai dây quấn có chiều cao bằng nhau theo công thức 4-
23 tài liệu 1 ta có
unx = (%)10......9,7 12
,−
v
rr
ukafS β
trong đó :
l
d12πβ =
d12=D2’’+a12=40,328+2,7=43,028 cm, là đường kính trung bình của dây
quấn, l=94 cm là chiều cao dây quấn
94028,4312 ππβ ==
ld =1,438
ar= 1221
3a
aa+
+ =33+27=60 mm
kr=1-δ ; δ =l
aaaπ
2112 ++ =940.
2799π+ =0,043-->kr=1-0,043=0,957
là hệ số kể đến từ thông tản thực tế không hoàn toàn đi theo dọc trục. Thay
số vào ta dược
unx = (%)10......9,7 12
,−
v
rr
ukafS β = 4
2 10.13,31.3
957,0.60.438,1.50.7500.9,7 − = 8,41%
4.2.3. Điện áp ngắn mạch toàn phần
Sau khi đã xác định được unr, unx ta có thể tính được un theo biểu thức
un= =+=+ 2222 41,8577,0nxnr uu 8,43%
l
B
a2 a12a1
Fr Fr
21B'
4.2.4. Sai lệch của điện áp ngắn mạch so với tiêu chuẩn
5,7
5,743,8 −=
−=Δ
ntc
ntcnn u
uuu .100= 0,125%<5%
Vây sai lệch này khôngvượt quá giới hạn cho phép 5% dây quấn thiết kế
đảm bảo yêu cầu tiêu chuẩn về điện áp ngắn mạch
4.3. TÍNH LỰC CƠ HỌC CỦA DÂY QUẤN MÁY BIẾN ÁP
Khi máy biến áp bị sự cố ngắn mạch thì dòng điện ngắn mạch sẽ rất lớn.
Những vấn đề về nhiệt đối với máy biến áp không quan trọng lắm vì quán
tính nhiệt lớn nên để đốt nóng được dây quấn nóng quá trị số cho phép thì
các thiết bị bảo vệ và máy ngắt tự đông ngắt phần sự cố ra khỏi lưới điện,
do đó vấn đề còn lại là lực cơ học gây nên tác dụng nguy hiểm đối với dây
quấn máy biến áp. Bởi vậy để đảm bảo cho máy biến áp làm việc an toàn,
khi thiết kế phải xét đến những lực cơ học tác dụng lên dây quấn khi ngắn
mạch xem độ bền cơ của dây quấn có đủ hay không. Do vậy
- Phải xác định trị số cực đại của dòng điện ngắn mạch.
- Xác định lực cơ học giữa các dây quấn.
- Tính ứng lực cơ của các đệm cách điện giữa các dây quấn và bản thân dây
quấn.
Hình 4-3: Từ trường dọc và ngang
trong dây quấn đồng tâm
4.3.1. Tính dòng điện ngắn mạch cực đại
a) Trị số hiệu dụng của dòng điện ngắn mạch xác lập
- Dòng điện ngắn mạch xác lập phía sơ cấp
In1= 100.unI dm = 100
43,872,123 =14676 (A)
- Dòng điện ngắn mạch xác lập phía thứ cấp
In2= 10043,883,196
100.2 =n
dm
uI =23349 (A)
b) Trị số cực đại (hay xung kích) của dòng điện ngắn mạch
kmax=(1+enx
nr
uuπ− )=(1+e
41,8577,0π− )=1,81
- Dòng điện ngắn mạch cực đại sơ cấp
Iko1=1,41.1,81 In1=1,41.1,81.14676 =37454,62 (A)
- Dòng điện ngắn mạch cức đại thứ cấp
Iko2=1,41.1,81In2=1,41.1,81.23349 =59589 (A)
4.3.2. Tính lực tác dụng lên các dây quấn
- Áp lực trung bình tác dụng lên 1 cm2 bề mặt dây quấn cao áp là: theo
công thức 8-8 trang 53 tài liệu 2 ta có
Fk=0,628(inmaxw)2 β kr.10-6=0,628(374562.576)2 1,438.0,957.10-6=4.1010N
Ứng lực kéo lên dây quấn sơ cấp: theo công thức
11.2 sw
Fk π
σ = =62,54.576.2
10.4 10
π=202351pa
- Áp lực trung bình tác dụng lên 1 cm2 bề mặt dây quấn hạ áp là: theo
công thức 8-8 trang 53 tài liệu 2 ta có
Fk=0,628(inmaxw)2 β kr.10-6=0,628(59589.362)2 1,438.0,957.10-6=402.10 6N
- Ứng lực nén đối với dây quấn thứ cấp
Đối với dây đồng ứng lực cho phép là kcp=5-10( kG/mm2 ). Vậy qua số
liệu tính toán ở trên ta thấy dây quấn của máy biến áp chịu được ứng lực
kéo và ứng lực nén khi xẩy ra ngắn mạch
11.2 sw
Fk π
σ = =82,84..362.2
10.402 6
π=2084pa
Vì dây quấn cao áp và dây quấn hạ áp có chiều cao bằng nhau do đó lực
chiều trục do sự phân bố của dây quấn không đồng đều không xuất hiện
Ft’’=0
dây quấn hạ áp 1 dây quấn cao áp 2
Ft’ Ft
’’=0 Ft’ Ft
’’=0
1 2
l Fn=Ft’ Fn=Ft
’
Ft’ Ft
’’ =0 Ft’ Ft
’’=0
Như vậy các yêu cầu kỹ thuật của dây quấn thiết kế qua tính toán kiểm tra
ở trên đều đạt. Do đó dây quấn đã thiết kế đạt yêu cầu.
CHƯƠNG 5 TÍNH TOÁN CUỐI CÙNG VỀ HỆ THỐNG MẠCH TỪ VÀ
TÍNH TOÁN THAM SỐ KHÔNG TẢI
Sau khi đã xác định kích thước và trọng lượng của dây quấn đạt yêu cầu.
Ta tiến hành tính toán cuối cùng về mạch từ để xác định các kích thước cụ
thể của các bậc thang trong trụ sắt, gông từ, chiều cao của trụ, trọng lượng
của lõi sắt .. Sau đó tính toán dòng điện không tải, tổn hao không tải và
hiệu suất của máy biến áp.
5.1 XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CỤ THỂ CỦA LÕI SẮT
Ta chọn kết cấu lõi thép ba pha ba trụ, mạch từ không gian, trụ được ép
từ các lá thép kỹ thuật điện dùng tôn cán lạnh 3404 dày 0,35 mm. Trụ ép
bằng đai vải thủy tinh, không có tấm sắt đệm. Gông được cuộn bằng thép
cuộn.
- Các lá thép trong trụ thường được xếp đối xứng đối với đường phân giác
trong góc một phần tư của trụ. Hiện nay lõi thép máy biến áp chủ yếu dùng
tôn cán lạnh thường được sản xuất theo tiêu chuẩn hóa. Với việc tiêu chuẩn
hóa đó, trụ sắt sẽ được qui định số bậc, chiều dày các tập lá thép từng bậc,
kích thước và sự bố trí các rãnh làm mát tùy theo đường kính trụ. Tra bảng
41b tài liệu 1 với d=0,38m ta có trụ gồm 9bậc ,chiều cao đoạn e là 13 mm
kích thước của tầng bậc của trụ như sau:
Đường
kính d
Không có
tấm ép
Chiều dày các tập lá thép với chiều rọng tấm mm
nt kc 135 155 215 250 295 310 325 350 368
0,38 m 9 0,927 7 9
13 23 10 12 24 27 47
- Tổng chiều dày các lá thép của tiết diện trụ
dt=2.∑ tb =2(47+27+24+12+10+23+13 +9+7)=344mm
- Tiết diện toàn bộ bậc thang của trụ: tra bảng 42b ta có
Tbt=1035,8(cm2)
-Tiết diện gông:SG=1063,4 cm2
- Tiết diện hữu hiệu thuần sắt của trụ
Lấy đường kính lỗ để bắt bu lông ép gông và trụ là dl=15 mm, do đó tiết
diện lỗ chiếm chổ trong trụ là Sl= 45,1.
4
22 ππ=ld =1,767 cm2=0,0001767 m2
--> tiết diện hữu hiệu thuần sắt của thép
Tt=kđ(Tbt –Sl)=0,927.(1035,8-1,767)=1034,033 cm2
- Số lá thép trong từng bậc của trụ t
dtt
kbn
δ.
=
• nt1=t
dkbδ.1 =
35,0927,0.7 =19 lá thép
• nt2=t
dkbδ.2 =
35,0927,0.9 =24 lá thép
• nt3=t
dkbδ.3 =
35,0927,0.13 =34 lá thép
• nt4=t
dkbδ.4 =
35,0927,0.23 =61 lá thép
• nt5=nt7=t
dkbδ.5 =
35,0927,0.10 =26 lá thép
• nt6=t
dkbδ.6 =
35,0927,0.12 =32 lá thép
nt7=t
dkbδ.6 =
35,0927,0.24 =64
nt8=t
dkbδ.6 =
35,0927,0.27 =72
nt9=t
dkbδ.6 =
35,0927,0.47 =125
trong đó: kđ là hệ số điền đầy, tδ =0,35 mm bề dày lá thép
- Số lá thép cần thiết để làm trụ
n=2.(19+24+34+61+26+32+64+72+125)= 914 lá thép
- Chiều cao của trụ sắt
lt=l+(lo’+lo
’’)
trong đó: lo’ , lo
’’ là khoảng cách từ dây quấn đến gông trên và gông dưới
xác định theo điện áp thử của cuộn cao áp: ta có lo’= lo
’’=75 mm
Vậy chiều cao trụ sắt sẽ là:
lt=957,9+2.75= 1107,9 mm
- Khoảng cách giữa hai trụ sắt cạnh nhau
C=D1’’+a22=589,88+30= 619,88 mm
- Tiết diện gông ở chố nối với trụ
Tgt’= 2
22 1134,0
438,0.
4m
d==
ππ
- Tiết diện của gông
Tg=kg.Tt=1,03. 1035,8=1066,87 cm2
- Bề rộng của gông
bg= d43 = 38,0
43 =0,285 m
- Số vòng quấn cần thiết của gông
n=δ
dg kb .= 790
35,097,0.285
= (vòng)
- Chiều cao của gông
hg= 28587,1066
=g
g
bT
=37,4 cm
- Tiết diện thuần của gông
Tgt=kđ.Tg=0,97. 1066,87=1034,86 cm2
- Trọng lượng của trụ lõi thép
Gt=t.Tt.lt. Feγ
Trong đó t=3 là số trụ sắt, Tt tiết diện thuần trụ, lt chiều cao trụ, Feγ là khối
lượng riêng của thép, thay số vào ta có:
Gt=t.Tt.lt. Feγ =3. 0,1034.1,1079.7650=2629 (kg)
- Trọng lượng của gông
Gg=3.C.Tgt. Feγ .2, trong đó C khoảng cách giữa hai trụ Tgt tiết diện thuần
của gông
Gg=3.C.Tgt. Feγ .2=3. 0,61988. 0,103486. 7650.2=2944,434 (kg)
- Trọng lượng gông ở góc mạch từ
Go=Tgt’.hg.kđ. Feγ =0,1134. 0,0374.0,97.7650=31,47 (kg)
- Trọng lượng sắt toàn bộ trụ và gông
GFe=Gt+Gg=2629+2944,434=5573,4 (kg)
5.2. TÍNH TỔN HAO KHÔNG TẢI, DÒNG ĐIỆN KHÔNG TẢI VÀ
HIỆU SUẤT CỦA MÁY BIẾN ÁP
Khi cấp điện áp xoay chiều có tần số định mức vào cuộn dây sơ cấp và
các cuộn đây khác hở mạch gọi là chế độ không tải. Tổn hao ứng với chế
độ không tải gọi là tổn hao không tải.
Tổn hao không tải của máy biến áp gồm có: tổn hao trong lá thép silic,
tổn hao trong vỏ máy và các chi tiết bằng sắt khác, tổn hao đồng trong dây
quấn do dòng điện không tải gây ra, tổn hao do dòng điện rò trong các chất
cách điện.
Do máy biến áp làm việc với tần số công nghiệp nên tổn hao trong chất
cách điện rất nhỏ không đáng kể. Tổn hao đồng lúc không tải ở dây quấn sơ
cấp rất nhỏ có thể bỏ qua do dòng điện từ hóa rất nhỏ so với dòng điện định
mức. Tổn hao trong vỏ máy được tính gộp trong tổn hao phụ nên chỉ còn
lại tính tổn hao trong lá thép silic.
5.2.1. Tổn hao không tải
Ta có thể xem tổn hao không tải gồm hai phần: tổn hao trong trụ sắt và
tổn hao trong gông từ
- Mật độ từ cảm trong trụ
Bt= 1034,0.50.44,408,35
..44,4=
t
v
Tfu =1,528 T
- Mật độ từ cảm trong gông
Bg= 03,1528,1
=g
t
kB =1,484T
Tra bảng 45 tài liệu 1 ta có suất tổn hao sắt của thép
Bt=1,528 T ta có: B1=1,52 T, p1=1,134 (W/kg), B2=1,54 T, p2=1,168
(W/kg)
dùng phương pháp nội suy ta có suất tổn hao với Bt=1,528T
pt=p1+ )52,1528,1(52,154,1134,1168,1
134,1)( 112
12 −−−
+=−−−
BBBBpp
t =1,1476 (W/kg)
Với Bg=1,484T ta có: B1=1,48T, p1=1,066(W/kg), B2=1,50T, p2=1,1(W/kg)
dùng phương pháp nội suy ta có suất tổn hao với Bg=1,484 T
pg=p1+ )48,1484,1(48,150,1
066,11,1066,1)( 1
12
12 −−
−+=−
−−
BBBBpp
t =1,0728(W/kg)
Vì lõi thép được làm từ tôn cán lạnh, mà mối nối giữa gông và trụ là mối
ghép thẳng nên chổ mối nối chiều của từ thông và chiều cán không trùng
nhau. Làm cho tổn hao sắt trong lõi thép tăng lên. Khi tính toán tổn hao ở
góc nối phải nhân thêm hệ số gia tăng tổn hao góc nối kpo=kt.kpo’’ , kt=6 là
số mối ghép thẳng, tra bảng 46a tài liệu 1 ta có kpo’’=1,96
Ngay chổ nối của gông và trụ vì có khe hở nên đường sức từ phải đổi
hướng, do đó làm tổn hao cũng tăng lên. Tổn hao này phụ thuộc vào bề mặt
khe hở và được đặc trưng bằng suất tổn hao bề mặt khe hở pk. Vì khe hở
vuông góc với trụ nên từ cảm trong khe hở bằng từ cảm trong trụ
Bk=Bt=1,528 T, B1=1,52 T, p1=0,0878(W/cm2), B2=1,54 T, p2=0,0906
(W/cm2), dùng phương pháp nội suy ta có
pk=p1+ )52,1528,1(52,154,10878,00906,0
0878,0)( 12
121
−−−
+=−−−
BBBBpp
k =0,08892
(W/cm2),
- Hình dáng tiết diện gông ảnh hưởng rất nhiều đến sự phân bố từ cảm
trong trụ và gông nên phải nhân thêm hệ số gia tăng tổn hao ở gông kpg đối
với gông có tiết diện hình chữ nhật ta có kpg=1,04-1,07. Vì mạch từ không
gian có gông tiết diện hình chữ nhật nhưng chổ mối ghép giữa gông và trụ
có dạng hình tròn gần với tiết diện trụ nên ta chọn kpg=1,03
- Những yếu tố công nghệ cũng ảnh hưởng rất lớn đến tổn hao không tải,
Vì vậy khi tính toán tổn hao không tải phải tính đến những yếu tố công
nghệ sau
Hệ số tổn hao do tháo lắp gông trên kpt=1,02 để lồng dây quấn vào trụ
làm chất lượng thép giảm xuống
Hệ số tổn hao do ép trụ để đai kpe=1,02
Hệ số tổn hao do cắt dập lá tôn thành tấm kpc
Hệ số tổn hao do gấp mép hoặc khử bavia kpb sau khi dập tấm
kpc.kpb=1,00 sau khi cắt dập tấm và khử bavia ủ lại thép.
Vậy tổn hao không tải của máy biến áp được tính theo công thức sau
po={kpc.kpb[pt.Gt+pg(Gg-NGo)+ poogt kG
pp.
2+
]+ kkk Tnp ..∑ }ppg.ppe.kpt
Tk tiết diện khe hở không khí nơi mối ghép, vì mối ghép vuông góc nên
Tk=Tt=0,1034 m2, nk =6 số khe hở không khí, N=6 số góc mạch từ, thay số
vào ta được
po={1,0[1,1476. 2629+1,0728.( 2944,434-6. 31,47)+2
0728,11476,1 + .
31,47.6.1,96]+ 0,1034.6. 889,2}1,02.1,02.1,03=7432,48 (W)
- Sai số của tổn hao không tải so với tiêu chuẩn
8000
800048,74320 −=
−=Δ
otc
tco
ppp
p .100=0,447%<5%
Vậy tổn hao không tải của máy biến áp nằm trong giới hạn cho phép
5.2.2. Công suất từ hóa
Công suất từ hóa gồm ba bộ phận: phần trong gông, phần trong trụ, phần
trong khe hở không khí. Được tính theo công thức
Qo=Qot+Qog+Qok=qt.Gt+qg.Gg+ kkk Tqn ..∑ 5-1
Cũng tương tự như tổn hao không tải công suất từ hóa của lõi thép làm
bằng tôn cán lạnh cũng phải kể đến những hệ số sau:
Hệ số làm tăng công suất từ hóa ở gông
Hệ số kể đến sự tăng công suất từ hóa do tháo lắp gông trên để cho dây
quấn vào trụ
Hệ số kể đến việc ép mạch từ để đai
Hệ số kể đến việc cắt gọt bavia.
Hệ số kể đến ảnh hưởng của việc cắt dập lá tôn
Hệ số kể đến việc tăng công suất từ hóa ở các góc nối trụ và gông của lõi
thép
Vậy ở công thức 5-1 cần phải nhân thêm hệ số gia tăng tổn hao kb tra bảng
4-1a trang 27 tài liệu 2 ta có kb=2,0
qk Công suất từ hóa 1 m2 mỗi khe hở không khí:
theo (4-9d) tài liệu thiết kế 2 ta có qk=7050.Bt2=7050. 1,580672=17614,55
VAr/m2
Suất tổn hao q của tôn cán lạnh 3404 tra ở bảng 50 tài liệu 1 với Bt=1,528
T tra bảng ta có B1=1,52 T, q1=1,480 (VA/kg) , B2=1,54T, q2=1,486
(VA/kg), dùng phương pháp nội suy ta được:
qt=q1+ )52,1528,1(52,154,148,1486,1
48,1)( `112
12 −−−
+=−−−
BBBBqq
t =1,4824(VA/kg)
Với Bg=1,484 T, tra bảng ta có B1=1,48T, q1=1,276 (VA/kg), B2=1,50 T,
q2=1,330 (VA/kg), dùng phương pháp nội suy ta được
qg=q1+ )48,1484,1(48,150,1
276,133,1276,1)( `1
12
12 −−−
+=−−−
BBBBqq
g =1,2868 (VA/kg)
Thay số vào ta có công suất từ hóa:
Qo=kb(Qot+Qog+Qok)=kb(qt.Gt+qg.Gg+ kkk Tqn ..∑ )
Qo=2,0(1,4824. 2629+1,2868. 2944,434+6. 0,1034. 17614,55)=
37228,4 (VAr)
5.2.3. Dòng điện không tải:
Sau khi tính được tổn hao không tải và công suất từ hóa ta tính được
dòng điện không tải
- Thành phần dòng điện không tải tác dụng
ior= 7500.1048,7432
.10=
Spo =0,0991 %
- Thành phần dòng điện không tải phản kháng
iox= 7500.104,37228
.10=
SQo =0,4964%
- Thành phần dòng điện không tải toàn phần
io= =+=+ 2222 4964,00991,0oxor ii 0,5062%
- Sai số của thành phần dòng điện không tải so với tiêu chuẩn
100.7,0
7,05062,00 −=
−=Δ
otc
tcoo i
iii =0,2769% <15%
Vậy các tham số không tải là tổn hao không tải và dòng điện không tải
của máy biến áp thiết kế đều đảm bảo tiêu chuẩn đặt ra. Hệ thống mạch từ
của máy biến áp đạt yêu câu:
5.2.4. Hiệu suất của máy biến áp
)4328248,74327500000
4328248,74321(100).1(%
+++
−=++
+−=
nodm
no
ppSpp
η =99,33%
Hình 5-1 : Kích thước cụ thể của mạch từ
CHƯƠNG 6
TÍNH TOÁN NHIỆT CỦA MÁY BIẾN ÁP
6.1. ĐẠI CƯƠNG
Tính toán nhiệt là tính toán nhiệt ở trạng thái xác lập, nghĩa là khi máy
biến áp làm việc liên tục với tải định mức, ở trạng thái xác lập này toàn bộ
nhiệt lượng do dây quấn và lõi sắt phát ra đều khuấch tán ra xung quanh.
Đường khuấch tán của dòng nhiệt có thể phân ra các đoạn sau:
- Từ trong dây quấn hay lõi sắt ra mặt ngoài tiếp xúc với dầu bằng truyền
dẫn
- Quá độ từ mặt ngoài dây quấn hay lõi sắt vào dầu
- Từ dầu ở mặt ngoài dây quấn hay lõi sắt truyền tới mặt trong thùng dầu
bằng đối lưu
- Quá trình quá độ từ dầu vào vách thùng dầu
- Cuối cùng là nhiệt truyền từ vách thùng truyền ra không khí xung quanh
bằng bức xạ và đối lưu.
Qua mỗi quá trình truyền đó thì nhiệt độ giảm dần, nghĩa là nó gây nên
một lượng giảm nhiệt độ, kết quả là so với môi trường không khí xung
quanh thì các bộ phận trong máy biến áp có một nhiệt độ chênh nào đó so
với môi trường không khí xung quanh. Trị số dòng nhiệt càng lớn thì nhiệt
độ chênh càng lớn.
Tính toán nhiệt trong máy biến áp gồm các phần sau đây
- Tính nhiệt độ chênh qua từng phần
- Chọn kích thước thùng dầu bảo đảm tỏa nhiệt tốt, nghĩa là làm sao cho
nhiệt độ dây quấn, lõi sắt và dầu không quá mức qui định
6.2. TÍNH NHIỆT ĐỘ CHÊNH QUA TỪNG PHẦN
6.2.1. Tính toán độ chênh nhiệt của dây quấn
- Nhiệt độ chênh của dây quấn hạ áp
Nhiệt độ chênh này chủ yếu là hiệu số nhiệt độ của các lớp cách điện
δ
Gọi nhiệt độ chênh này là 2oθ theo công thức 6-1 tài liệu 1 ta có
2oθ =2
22 .
cd
qλδ , oC
trong đó: δ =0,3.10-3m là chiều dày cách điện một phía (m)
2cdλ là suất dẫn nhiệt của lớp cách điện của dây dẫn, tra theo bảng 54-tài
liệu 1 ta có 2cdλ =0,17 (w/m oC)
q là mật độ dòng nhiệt trên bề mặt dây quấn tính theo công thức:
q2=2
22 .M
kp fCu
kf2 là hệ số tổn hao phụ của dây quấn hạ áp kf2=1,0467
pCu2 là tổn hao đồng trong dây quấn hạ áp pCu2=22777,89 (W)
M2 là bề mặt tỏa nhiệt của dây quấn hạ áp M2=5,254 (m2)
Thay số vào ta có:
q2=2
22 .M
kp fCu =254,5
0467,1.89,22777 = 4537,8 (W/m2)
- Độ chênh nhiệt của dây quấn hạ áp:
2oθ =2
22 .
cd
qλδ =
17,010.3,0.8,4537 3−
=8,008 oC
- Nhiệt độ chênh của dây quấn cao áp
Tương tự như dây quấn hạ áp ta có:
1oθ =1
11.
cd
qλδ oC
trong đó: δ =0,2.10-3 m là chiều dày cách điện một phía (m)
1cdλ là suất dẫn nhiệt của lớp cách điện của dây dẫn, tra theo bảng 54-tài liệu
1 ta có 1cdλ =0,17 (w/m oC)
q là mật độ dòng nhiệt trên bề mặt dây quấn tính theo công thức:
q1=1
11.M
kp fCu
kf1 là hệ số tổn hao phụ của dây quấn hạ áp kf1=1,0025
pCu1 là tổn hao đồng trong dây quấn hạ áp pCu1=17036,62 (W)
M1 là bề mặt tỏa nhiệt của dây quấn hạ áp M1=12,48 (m2)
Thay số vào ta có:
q1=1
11.M
kp fCu =48,12
0025,1.62,17036 =1368,53 (W/m2)
- Độ chênh nhiệt của dây quấn cao áp:
1oθ =1
11.
cd
qλδ =
17,010.2,0.53,1368 3−
=1,161 oC
6.2.2. Nhiệt độ chênh giữa mặt ngoài dây quấn đối với dầu odθ
Hiệu số nhiệt độ này phụ thuộc vào năng lượng tổn hao của dây quấn và
thường được xác định theo công thức kinh nghiệm gần đúng
- Dây quấn hạ áp đối với dầu
Dây quấn hạ áp làm bằng dây dẫn hình chữ nhật, dây quấn hình ống
không có rãnh làm mát ngang trục được tính theo công thức 6-10a trang
140 tài liệu1
2odθ =k.q0,6
k=0,285 là hệ số kinh nghiệm, q2là mật độ dòng nhiệt của dây quấn hạ áp,
thay số vào ta được:
2odθ =k.q0,6=0,285. 4537,80,6=44,56 oC
- Dây quấn cao áp đối với dầu
Dây quấn cao áp làm bằng dây dẫn tròn dây quấn hình ống không có
rãnh dầu ngang trục được tính theo công thức 6-10a trang 140 tài liệu1
2odθ =k.q0,6
k=0,285 là hệ số kinh nghiệm, q1 là mật độ dòng nhiệt của dây quấn cao áp,
thay số vào ta được:
1odθ =k.q0,6=0,285. 1368,53 0,6=21,7 oC
6.2.3 Nhiệt độ chênh trung bình của dây quấn đối với dầu
- Dây quấn hạ áp
20202 oddtb θθθ += =44,56+8,008=52,568 oC
- Dây quấn cao áp
10101 oddtb θθθ += =1,161+21,7= 22,861 oC
6.3. TÍNH TOÁN NHIỆT CỦA THÙNG DẦU
Thùng dầu đồng thời là vỏ máy của máy biến áp trên đó có đặt các
chi
tiết quan trọng như sứ ra của dây quấn cao áp và hạ áp, ống phòng nổ, bình
giản dầu .. vì vậy thùng dầu ngoài yêu cầu tản nhiệt tốt còn phải đảm bảo
các tính năng về điện như đảm bảo khoảng cách cách điện cho phép giữa
dây quấn với vách thùng, có độ bền cơ học đảm bảo, chế tạo đơn giản và có
khả năng rút gọn được kích thước bên ngoài.
Việc tính toán ở đây chủ yếu căn cứ vào yêu cầu tản nhiệt để thiết kế
được một loại thùng thích hợp, sau đó kiểm tra lại xem với kết cấu thùng
như vậy nhiệt độ chênh của các bộ phận của máy biến áp có đạt tiêu chuẩn
nhà nước qui định không.
6.3.1. Chọn loại thùng
Đối với máy biến áp mạch từ không gian ba trụ nằm ở ba đỉnh của một
tam giác đều ta chọn hình dáng vỏ giống với hình giáng ruột với đáy có
Dây quấn cao áp
Dây dẫn ra cao áp
s2
d1 s 1
Dây quấn cao áp
s4
Dây dẫn ra hạ áps3
d2
dang hình tam giác ở ba góc được vê tròn. Làm mát máy biến áp bằng bộ
tản nhiệt gắn vào ba mặt bên của thùng theo bảng 57 tài liệu 1 ta chọn bộ
tản nhiệt kiểu ống thẳng.
6.3.2. Chọn các kích thước tối thiểu bên trong thùng
Căn cứ vào kích thước đã biết của lõi sắt, dây quấn, để chọn các khoảng
cách cách điện tối thiểu từ dây dẫn ra đến các bề mặt của dây quấn, đến
vách thùng và các bộ phận nối đất khác của máy biến áp. Từ đó sẽ quyết
định kích thước tối thiểu bên trong của thùng.
Hình 6-1: Các khoảng cách tối thiểu bên trong thùng:
Các khoảng cách trên chọn theo điện áp thử của dây quấn cao áp và
điện áp thử của dây quấn hạ áp
s1 là khoảng cánh từ dây dẫn ra cao áp đến vách thùng và bằng s2 khoảng
cách của dây dẫn ra của dây quấn cao áp đến chính dây quấn cao áp tra
bảng 31-tài liệu thiết kế 1 ta có s1=s2=32 mm
d1 là đường kính dây dẫn ra có bọc cách điện của dây quấn cao áp, với
điện áp 22 KV thì d1=25 mm
s3 là khoảng cách từ dây dẫn ra của dây quấn hạ áp đến vách thùng tra
bảng 32 tài liệu 1 ta có s3=25 mm
s4 là khoảng cách từ dây dẫn ra của dây quấn hạ áp đến dây quấn cao áp
tra bảng 32-tài liệu 1 ta có s4=50 mm
d2 là kích thước dây dẫn ra không bọc cách điện của dây quấn hạ áp
d2=10mm
s5 là khoảng cách giữa dây quấn cao áp và vách thùng: theo các kích
thước trên ta có: s1+d1+s2=32+32+25=89 mm
s3+d2+s4=25+10+50=85 mm
Ta chọn khoảng cách giữa dây quấn cao áp và vách thùng s5=90 mm
-Xác định chiều cao của thùng dầu
Chiều cao của thùng dầu gồm hai phần:
H=H1+H2 (m)
H1 là khoảng cách từ đáy thùng đến hết chiều cao lõi sắt, được xác định
như sau
H1=lt+2.hg+n.10-3 (m) trong đó n là chiều dày tấm đệm lót dưới
gông n=30-50 mm chọn n=40 mm
lt chiều cao trụ lt=1,1079 m
hg là chiều cao của gông hg= 0,374 m thay số vào ta được:
H1=1,1079+2. 0,374+40.10-3=1,8959 m
H2 Chiều cao tối thiểu từ gông đến nắp thùng: tra theo bảng 58 ta được
H2=350 mm =0,35 m
Vậy chiều cao của thùng dầu là:
H=H1+H2=1,8959+0,35=2,2459 m ta chọn chiều cao thùng dầu để
phù hợp với kích thước của bộ tản nhiệt.
c
o
a b
C
6.3.3 Sơ bộ tính bề mặt đối lưu, bức xạ của thùng dầu
- Bề mặt bức xạ
Hình 6-2: Dùng để xác định bề mặt
đối lưu và bức xạ:
Theo hình 6-2 ta có tam giác abc là tam giác đều suy ra cung ab=ba=ca
do đó ta có bề mặt bức xạ của thùng dầu
Mbx=(3.C+3.3
).2.( 51'' sD +π ).H.k
k là hệ số kể đến ảnh hưởng của dạng mặt thùng sơ bộ tra bảng 59 tài liệu 1
ta có k=1,5-2,0 chọn k=1,6
Mbx=(3.C+π (D1’’+2.s5)).H.k=(3.0,61988+π (0,589988+2.0,09).2,2459.1,6
=15,375 (m2)
- Bề mặt đối lưu của thùng
Căn cứ vào tổng tổn hao, vào nhiệt độ chênh giữa vách thùng và môi
trường xung quanh sơ bộ xác định bề mặt đối lưu của thùng theo công thức
6-22 trang 146 tài liệu 1
Mđl’= bx
tkM
p12,1
5,205,1
25,1 −∑θ
∑ p là tổng tổn hao không tải và ngắn mạch ∑ p
=po+pn=7432,48+43282=50714,48 (W)
- Nhiệt độ chênh trung bình cho phép của dầu đối với không khí: tính
cho dây quấn nóng nhất, dây quấn hạ áp
dkθ =65- dtbo2θ =65-52,568=12,432 oC
- Nhiệt độ chênh của lớp dầu trên so lới không khí
1,2. dkθ =1,2. 12,432=14,92oC<60 oC
- Nhiệt độ chênh trung bình của vách thùng đối với không khí
Trị số chênh nhiệt độ giữa dầu và vách thùng biến thiên trong khoảng 2-
6 oC
trong tính toán sơ bộ ta chọn dtθ =4 oC, lấy dự phòng 2 oC từ đó ta có
tkθ = dkθ - dtθ -2=12,432-4-2=6,432 oC
Sơ bộ ta có bề mặt đối lưu của thùng
Mđl’= bx
tkM
p12,1
5,205,1
25,1 −∑θ
= 671,5.12,1432,6.5,2
48,50714.05,125,1 − = 23,416 (m2)
TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Thiết kế máy biến áp điện lực : Phan Tử Thụ
Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật
2. Thiết kế máy biến áp : Phạm Văn Bình , Lê Văn Doanh
Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật
3. Máy điện I, II : Vũ Gia Hanh – Trần Khánh Hà Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật