Đồ án Thiết kế máy biến áp điện lực ba pha 250 kva làm mát bằng không khí

GVHD: Th.s Nguyễn Văn Đoài TK MBA Nhóm 3 Điện 1_ K1 HaUI Xuanhiep2509@gmail.com 1/2010 1 TRUỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN BỘ MÔN THIẾT BỊ ĐIỆN
ĐỒ ÁN MÔN THIẾT KẾ MÁY ĐIỆN ĐỀ TÀI : THIẾT KẾ MÁY BIẾN ÁP ĐIỆN LỰC BA PHA 250 KVA LÀM MÁT BẰNG KHÔNG KHÍ 01/ 2010 GVHD : NGUYỄN VĂN ĐOÀI NSVTH : N3 Điện1 K1 GVHD: Th.s Nguyễn Văn Đoài TK MBA Nhóm 3 Điện 1_ K1 HaUI Xuanhiep2509@gmail.com 1/2010 2 Mục lục Chương 1: Tổng Quan Về Máy Biến Áp .................................................................................................... 7 I.Khái Niệm. ............................................................................................................................................ 7 II. Tiêu chuẩn trong việc chế tạo máy biến áp. .................................................................................... 7 III. Chọn vật liệu trong việc thiết kế chế tạo máy biến áp. ................................................................. 8 IV. Chọn kết cấu chính cho máy biến áp. ............................................................................................. 9 1.Lõi thép và kết cấu: ....................................................................................................................... 9 2. Dây quấn ................................................................................................................................... 12 3. Hệ thống làm mát. ...................................................................................................................... 13 V. Mục đích, nhiệm vụ và yêu cầu thiết kế. ........................................................................................ 13 1.Nhiệm vụ kĩ thuật: ....................................................................................................................... 13 2.Tính toán điện từ: ....................................................................................................................... 13 3. Thiết kế thi công. ........................................................................................................................ 13 CHƯƠNG 2. TÍNH TOÁN KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU CỦA MÁY BIẾN ÁP ........................................ 15 I. Các thông số kĩ thuật ban đầu ..................................................................................................... 15 II. Ý nghĩa các thông số. ................................................................................................................ 15 1/Tốn hao ngắn mạch Pn ................................................................................................................ 15 2/Tổn hao không tải Po................................................................................................................... 15 3/ Điện áp ngắn mạch Un ............................................................................................................... 16 4/ Dòng điện không tải Io ............................................................................................................... 16 III. Tính toán các trị số định mức .................................................................................................. 17 1. Công suất mỗi pha máy biến áp ba pha. ..................................................................................... 17 2. Công suất mỗi trụ MBA. ............................................................................................................. 17 3. Các dòng điện định mức. ............................................................................................................ 17 4. Điện áp pha. .............................................................................................................................. 17 5. Điện áp thử nghiệm dây quấn : .................................................................................................. 17 6. Kiểu dây quấn. ........................................................................................................................... 17 GVHD: Th.s Nguyễn Văn Đoài TK MBA Nhóm 3 Điện 1_ K1 HaUI Xuanhiep2509@gmail.com 1/2010 3 IV. Chọn vật liệu tác dụng. ............................................................................................................. 17 1. Chọn vật liệu dẫn điện. .............................................................................................................. 18 2. Chọn vật liệu dẫn từ. .................................................................................................................. 18 V. Chọn kết cấu mạch từ. .................................................................................................................. 18 1. Chọn dạng mạch từ. ................................................................................................................... 18 2. Đặc điểm từng loại. .................................................................................................................... 18 3. Chọn tiết diện trụ thép................................................................................................................ 21 4. Ghép trụ và gông. ...................................................................................................................... 21 5. Cách phân bố cuộn dây MBA theo hình dáng mạch từ. ............................................................... 22 VI. Xác định hình dáng chủ yếu MBA. ......................................................................................... 23 1. Chọn thông số cơ bản cho máy biến áp ...................................................................................... 23 2. Chọn hệ số hình dáng β. ............................................................................................................. 25 CHƯƠNG 3 : TÍNH TOÁN ĐIÊN TỪ ...................................................................................................... 41 Tính toán dây quấn MBA : ....................................................................................................................... 41 I-Yeâu caàu chung ñoái vôùi daây quaán : ................................................................................................... 41 1.Veà maët ñieän : .............................................................................................................................. 41 2.Veà maët cô hoïc : .......................................................................................................................... 41 3.Veà maët chòu nhieät : ..................................................................................................................... 41 II- Tính toaùn daây quaán haï aùp : ............................................................................................................ 42 1.Soá voøng daây moät pha cuûa daây quaán haï aùp : ................................................................................ 42 2.Ñieän aùp thöïc cuûa moãi voøng daây : ................................................................................................ 42 3.Tieát dieän daây daãn sô boä haï aùp : .................................................................................................. 42 4.Cöôøng ñoä töø caûm thöïc trong truï saét : ......................................................................................... 43 III-Tính toaùn daây quaán cao aùp : .......................................................................................................... 48 1.Xaùc ñònh soá voøng daây cuûa daây quaán cao aùp öùng vôùi ñieän aùp ñònh möùc ....................................... 48 Ta coù : ........................................................................................................................................... 48 2.Soá voøng daây cuûa moät caáp ñieàu chænh ñieän aùp : ........................................................................... 48 3.Maät ñoä doøng ñieän sô boä : ............................................................................................................ 49 4.Chieàu daøy caùch ñieän giöõa caùc lôùp : ............................................................................................ 52 5.Xaùc ñònh kích thöôùc oáng caùch ñieän giöõa cao aùp vaø haï aùp : ......................................................... 52 GVHD: Th.s Nguyễn Văn Đoài TK MBA Nhóm 3 Điện 1_ K1 HaUI Xuanhiep2509@gmail.com 1/2010 4 6.Beà daøy cuoän daây cao aùp : ........................................................................................................... 54 7.Ñöôøng kính trong cuûa daây quaán cao aùp : .................................................................................... 55 8.Ñöôøng kính ngoaøi cuûa daây cao aùp : ............................................................................................ 55 9. Khoaûng caùch giöõa hai truï caïnh nhau : ...................................................................................... 55 10. Beà maët laøm laïnh daây quaán cao aùp : ......................................................................................... 56 CHÖÔNG 4 : TÍNH TOAÙN NGAÉN MAÏCH ............................................................................................ 57 I-Xaùc ñònh toån hao ngaén maïch : ..................................................................................................... 57 1.Troïng löôïng ñoàng cuûa cuoän daây quaán haï aùp : ............................................................................ 57 2.Troïng löôïng ñoàng daây quaán cao aùp : .......................................................................................... 57 3.Troïng löôïmg ñoàng cuûa hai daây quaán cao aùp vaø haï aùp : .............................................................. 58 4.Toån hao ñoàng : ........................................................................................................................... 58 II-Xaùc ñònh toån hao phuï : .................................................................................................................... 59 1.Ñoái vôùi daây quaán hình chöõ nhaät : ............................................................................................... 59 2.Ñoái vôùi daây quaán tieát dieän troøn : ................................................................................................ 60 III- Toån hao daây daãn ra : .................................................................................................................... 61 IV- Toån hao trong vaùch thuøng vaø caùc chi tieát kim loaïi khaùc : ........................................................ 64 V-Xaùc ñònh ñieän aùp ngaén maïch : ........................................................................................................ 65 VI-Tính löïc cô hoïc cuûa daây quaán maùy bieán aùp : ............................................................................... 67 CHÖÔNG 5 : TÍNH TOAÙN CUOÁI CUØNG HEÄ THOÁNG MAÏCH TÖØ VAØ HEÄ SOÁ KHOÂNG TAÛI CUÛA MAÙY BIEÁN AÙP .......................................................................................................................................... 77 I-Xaùc ñònh kích thöôùc cuï theå cuûa loõi saét : ......................................................................................... 77 II-Tính toaùn tham soá khoâng taûi cuûa maùy bieán aùp : .......................................................................... 85 III-Hieäu suaát maùy bieán aùp :................................................................................................................. 88 CHÖÔNG 6 : TÍNH TOAÙN NHIEÄT CUÛA MAÙY BIEÁN AÙP . .................................................................. 89 Tính toaùn nhieät qua töøng phaàn : ......................................................................................................... 89 I-Tính toaùn nhieät cuûa daây quaán haï aùp : ......................................................................................... 89 II-Tính toaùn nhieät daây quaán cao aùp : ............................................................................................. 91 CHÖÔNG 7 : ÑOÄ AN TOAØN VAØ TÍNH KINH TEÁ.............................................................................. 96 A-Ñoä an toaøn : ...................................................................................................................................... 96 I-An toaøn khi xuaát xöôûng : ............................................................................................................. 96 GVHD: Th.s Nguyễn Văn Đoài TK MBA Nhóm 3 Điện 1_ K1 HaUI Xuanhiep2509@gmail.com 1/2010 5 II-An toaøn khi vaän haønh : .............................................................................................................. 97 B.Tính kinh teá : ..................................................................................................................................... 97 I-Xaùc ñònh toaøn boä troïng löôïng cuûa maùy bieán aùp : ........................................................................ 98 C.Đánh giá chung : .............................................................................................................................. 103 GVHD: Th.s Nguyễn Văn Đoài TK MBA Nhóm 3 Điện 1_ K1 HaUI Xuanhiep2509@gmail.com 1/2010 6 1 Đề tài : Thiết kế máy biến áp không khí Dung lượng máy biến áp : Sdm = 250 KVA Tổn hao không tải : Po = 600 W Sơ đồ đấu dây : Y/Yo-12 Điện áp ngắn mạch : Un = 5.5% Tổn hao ngắn mạch : Pn = 2750W Số pha : m = 3, tần số f=50Hz, Udm=35/0.4KV stt Tên bản vẽ Khổ giấy Số lượng 1 Mặt cắt đứng mặt cắt bằng MBA A3 01 2 Kết cấu MBA A3 01 Phần thuyết minh 1.Tính toán kích thước chủ yếu 2.Tính toán dây quấn CA/HA 3. Tính toán ngắn mạch 4.Tính toán nhiệt, Thiết kế vỏ thùng 5. Thiết kế kết cáu máy biến áp GVHD: Th.s Nguyễn Văn Đoài TK MBA Nhóm 3 Điện 1_ K1 HaUI Xuanhiep2509@gmail.com 1/2010 7 Chương 1: Tổng Quan Về Máy Biến Áp I.Khái Niệm. Máy biến áp là bộ phận quan trọng trong hệ thống điện, biến đổi điện áp này sang điện áp khác. Việc truyền tải điện năng từ nhà máy điện tới hộ tiêu thụ cần tối thiểu 4 đến 5 lần tăng giảm điện áp. Do đó tổng công suất đặt gấp từ 5 đến 8 lần hoặc hơn nữa. Hiệu suất của máy biến áp thường rất lớn (98%-99%). Nhưng vì số lượng máy biến áp nhiều nên tổng tổn hao là rất lớn, do đó tôn cán lạnh được dùng làm mạch từ máy biến áp, khi đó tổn hao công suất (P) và công suất từ hoá(Q) thấp, dẫn đến tổn hao giảm đáng kể. Các bộ phận chính trong máy biến áp: Lõi sắt( mạch từ), dây quấn , hệ thống làm mát và vỏ máy II. Tiêu chuẩn trong việc chế tạo máy biến áp. Một trong những nhiệm vụ của ngành thiết kế máy biến áp là xác định được những yêu cầu riêng cho các máy biến áp. Phản ánh được yêu cầu về vận hành và điều kiện làm việc của nó. Đảm bảo sự phát nóng cho phép, khả năng về quá tải, sơ đồ tổ nối dây, điện áp định mức, điều chỉnh về điện áp, các đặc tính về không tải, ngắn mạch…. Do yêu cầu về mở rộng thang công suất, điện áp và nâng cao chất lượng điện năng cũng như tính năng của máy biến áp nhiều tiêu chuản mới của máy biến áp được đưa ra. Ở đây ta thiết kế máy biến áp có công suất là 250KVA điện áp 35/0.4KV ( làm mát bằng không khí), kiểu trụ. Công Suất Làm lạnh bằng Số pha điện áp 250KVA Không khí 3 35/0.4KV So với tiêu chuẩn cũ thì tiêu chuẩn mới có những yêu cầu cao hơn như: - tổn hao giảm đáng kể. - hiệu suất tăng lên - giảm mức tăng nhiệt độ của dây quấn - mở rộng phạm vi điều chỉnh điện áp dưới tải - tăng cường trang thiết bị máy biến áp kiểm tra chất lượng và bảo quản GVHD: Th.s Nguyễn Văn Đoài TK MBA Nhóm 3 Điện 1_ K1 HaUI Xuanhiep2509@gmail.com 1/2010 8 III. Chọn vật liệu trong việc thiết kế chế tạo máy biến áp. Việc chọn lựa vật liệu thiết kế máy biến áp nhằm mục đích cải thiện các đặc tính của mày biến áp như : - giảm tổn hao năng lượng, kích thước, trọng lượng - đảm bảo độ tin cậy, đảm bảo chất lượng - vật liệu rẻ, dễ kiếm Vật liệu trong máy biến áp thường có 3 loại: - vật liệu tác dụng : dùng để dẫn điện như dây quấn, dẫn từ như lõi thép. - vật liệu cách điện : dùng để cách điện các phần tử trong máy biến áp (như cartong cách điện, sứ, sơn emay, dầu biến áp….). - vật liệu kết cấu : dùng để bảo vệ vả giữ cố định máy biến áp( bulông, xà ép, vỏ máy. Vật liệu quan trọng trong việc thiết kế chế tạo máy biến áp là tôn silic. Lõi thép máy biến áp được dùng chủ yếu là tôn cán nóng dày 0.5mm hoặc tôn cán lạnh dày 0.35mm. Tuy nhiên để giảm suất tổn hao người ta dùng tôn cán lạnh, đồng thời tăng độ từ cảm trong lõi thép lên 1.6 ÷1.65 tesla trong khi tôn cán nóng chỉ tới 1.45 tesla. Do dó suất tổn hao giảm, trọng lượng và kích thước giảm đảm bảo chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật, đặc biệt là chiều cao giảm đáng kể thuận tiện cho di chuyển lắp đặt. Vật liệu quan trọng thứ hai là kim loại làm dây quấn, người ta thường dùng dây quấn làm bằng đồng vì: - điện trở suất nhỏ, dẫn điện tốt, dễ gia công. - đảm bảo độ bền cơ điện tốt….. Trong thiết kế MBA có hai loại dây dẫn thường được dùng là đồng và nhôm, mặc dù nhôm có những ưu điểm như rẻ, dễ kiếm, nhẹ nhưng điện trở suất cao hơn, độ bền cơ kém, khó gia công nên người ta chọn đồng làm dây quấn Về vật liệu cách điện thông thường người ta dùng dây quấn cách điện bọc bằng giấy cáp. Ở đây theo yêu cầu thiết kế ta dùng cấp cách điện B. Tuy nhiên nhiệt độ cho phép của dây quấn máy biến áp được quyết định không chỉ ở cấp cách điện của mày biến áp mà còn phụ thuộc nhiệt độ cho phép của không khí làm mát biến áp. Người ta thường dung sơn emay do mỏng hơn, cách điện tốt hơn, độ bền cơ và tính chịu nhiệt cũng tốt hơn giấy cáp tuy nhiên giá thành cao hơn. GVHD: Th.s Nguyễn Văn Đoài TK MBA Nhóm 3 Điện 1_ K1 HaUI Xuanhiep2509@gmail.com 1/2010 9 IV. Chọn kết cấu chính cho máy biến áp. MBA gồm những bộ phận chính sau: lõi thép( mạch từ), dây quấn, hệ thống làm mát và vỏ máy 1.Lõi thép và kết cấu: Trong MBA lõi thép dùng làm mạch dẫn từ và khung cho dây quấn, lõi thép được ghép những lá thép bằng xà ép hoặc bulong tạo thành bộ khung cho máy biến áp, tren nó còn bắt các đầu dây dẫn ra nối với các sứ xuyên hoặc giá đỡ nắp máy: Hình 1. Mạch từ MBA Lõi sắt gồm hai phần : Trụ T và Gông G Trụ là phần lõi sắt có lồng dây quấn , gông là phần lõi sắt không lồng dây quấn dùng để khép kín mạch từ giưa các mạch từ với nhau. Thường phân lõi sắt theo sự sắp xếp tương đối giữa trụ gông và dây quấn. GVHD: Th.s Nguyễn Văn Đoài TK MBA Nhóm 3 Điện 1_ K1 HaUI Xuanhiep2509@gmail.com 1/2010 10 a/Lõi sắt kiểu trụ : Ở đây dây quấn ôm lấy trụ sắt. Gông từ không bao lấy mặt ngoài của dây quấn. Trụ sắt thường để đứng, tiết diện gồm nhiều bậc thang nên đường bao gần hình tròn và dây quấn thành hình trụ tròn. Kết cấu đơn giản chịu được ứng suất do lực điện động gây ra tốt. Hình2. Lõi sắt của MBA 3 pha dây quấn kiểu trụ 1- Gông 2- Trụ 3- Tiết diện trụ 1 3 2 GVHD: Th.s Nguyễn Văn Đoài TK MBA Nhóm 3 Điện 1_ K1 HaUI Xuanhiep2509@gmail.com 1/2010 11 b/Lõi sắt kiểu bọc: Gông trụ bọc ngoài dây quấn, trụ thường để nằm ngang , tiết diện trụ hình chũ nhật. Ưu điểm là máy biến áp không cao nên vận chuyển dễ dàng. Ở kiều này dây quấn CA và HA thường quấn xen kẽ nhau nên chống sét tốt. Nhược điểm là khó chế tạo hơn, độ bền cơ học kém ( các lực tác dụng lên dây quấn không đều , tốn nguyên liệu Hình 3. Lõi sắ MBA 3 pha kiểu bọc 1- Trụ 2- Gông 3- Dây quấn Ngoài ra người ta còn thiết kế kiểu lõi sắt trung gian giữa kiểu trụ và kiểu bọc gọi là trụ-bọc. c/Theo phương pháp ghép trụ và gông có thể chia lõi sắt thành 2 kiểu: Lõi ghép nối và ghép nối xen kẽ. + Ghép nối: Gông và trụ ghép ri