Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp điện lực ba pha ngâm dầu Đ Ồ ÁN TỐT NGHIỆP 1 THIẾT KẾ MÁY BIẾN ÁP ĐIỆN LỰC BA PHA NGÂM DẦU. Bài thiết kế tốt nghiệp của tôi gồm 3 phần: Phần 1 : Vai trò của MBA trong truyền tải và phân phối điện năng. Phần 2 : Thiết kế. Phần 3 : Chuyên đề:Điều chỉnh điện áp. Các bản vẽ : Bản vẽ tổng lắp ráp A 0 . Bản vẽ quấn dây và sơ đồ nối dây A 0 . Bản vẽ mạch từ lắp ráp A 0 . Kết luận. Các tài liệu tham khảo . Mục lục. Hà nội, ngày 14 tháng 03 năm 2005 Sinh viên thực hiện Đ Ồ ÁN TỐT NGHIỆP 2 PHẦN I: VAI TRÒ CỦA MBA TRONG TRUYỀN TẢI VÀ PHÂN PHỐI ĐIỆN NĂNG I. VÀI NÉT KHÁI QUÁT VỀ MÁY BIẾN ÁP. Để dẫn điện từ các trạm phát điện đến hộ tiêu thụ cần phải có đường dây tải điện (Hình l.l) Nếu khoảng cách giữa nơi sản xuất điện và nơi tiêu thụ điện lớn, một vấn đề rất l ớn đặt ra và cần được giải quyết là việc truyền tải điện năng đi xa làm sao cho kinh tế nhất và đảm bảo được các chỉ tiêu kĩ thuật. Hình 1.1 Sơ đồ mạng truyền tải điện đơn giản Như ta đã biết, cùng một công suất truyền tải trên đường dây, nếu điện áp được tăng cao thì dòng điện chạy trên đường dây sẽ giảm xuống, như vậy có thể làm tiết diện dây nhỏ đi, do đó trọng lượng và chi phí dây dẫn sẽ giảm xuống, đồng thời tồn hao năng lượng trên đường dây cung sẽ giảm xuống. Vì thế, muốn truyền tải công suất lớn đi xa, ít tổn hao và nết kiệm kim loại mầu trên đường đây người ta phải dùng điện áp cao, dẫn điện bằng các đường dây cao thế, thường là 35, 110, 220 và 500 KV. Trên thực tế, các máy phát điện thường không phát ra những điện áp như vậy vì lí do an toàn, mà chỉ phát ra điện áp từ 3 đến 21KV, do đó phải có thiết bị để t ăng điện áp đầu đường dây lên. Mặt khác các hộ tiêu thụ thường chỉ sử dụng điện áp thấp từ 127V, 500V hay cùng lắm đến 6KV, do đó trước khi sử dung điện năng ở đây cần phải có thiết bị giảm điện áp xuống. Những thiết bị dùng để tăng điện áp ra của máy phát điện tức đầu đường dây dẫn và nhữ ng thiết bị giảm điện áp trước khi đến hộ tiêu thụ gọi là các máy biến áp (MBA). Thực ra trong hệ thống điện lực, muốn truyền tải và phân phối công suất từ nhà máy điện đến tấn các hộ tiêu thụ một cách hợp lí, thường phải qua ba, bốn lần tăng và giảm điện áp như vậy. Do đó tổng công suất của các MBA trong hệ thống điệ n lực thường gấp ba, bốn lần công suất của trạm phát điện. Đ Ồ ÁN TỐT NGHIỆP 3 Những MBA dùng trong hệ thống điện lực gọi là MBA điện lực hay MBA công suất. Từ đó ta cũng thấy rõ, MBA chỉ làm nhiệm vụ truyền tải hoặc phân phối năng lượng chứ không chuyển hóa năng lượng. Ngày nay khuynh hướng phát triển của MBA điện lực là thiết kế chế tạo những MBA có dung lượng thật lớn, điện áp th ật cao, dùng nguyên liệu mới chế tạo để giảm trọng lượng và kích thước máy. Nước ta hiện nay ngành chế tạo MBA đã thực sự có một chỗ đứng trong việc đáp ứng phục vụ cho công cuộc công nghiệp hiện đại hóa nước nhà. Hiện nay chúng ta đã sản xuất được những MBA có dung lượng 63000KVA với điện áp 110 kV. II. ĐỊNH NGHĨA MÁY BIẾN ÁP Máy biến áp là một thiết bị đi ện từ đứng yên, làm việc dựa trên nguyên lí 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. Đầu vào của MBA được nối với nguồn điện, được gọi là sơ cấp (SC). Đầu ra của MBA được nố i với tải gọi tà thứ cấp (TC) Khi điện áp đầu ra TC lớn hơn điện áp vào SC ta có MBA tăng áp. Khi điện áp đầu ra TC nhỏ hơn điện áp vào SC ta có MBA hạ áp . Các đại lượng và thông số của đầu sơ cấp . + U 1 : Điện áp sơ cấp . + I 1 : Dòng điện qua cuộn sơ cấp . + P 1 : Công suất sơ cấp . + W l : Số vòng dây cuộn sơ cấp . Các đại lượng và thông số của đầu thứ cấp . + U l : Điện áp thứ cấp . + I 1 : Dòng điện qua cuộn thứ cấp . Đ Ồ ÁN TỐT NGHIỆP 4 + P 1 : Công suất thứ cấp . + W l : Số vòng dây cuộn thứ cấp . III. CÁC LƯỢNG ĐỊNH MỨC Các lượng định mức của MBA do mỗi nhà chế tạo qui định sao cho phù hợp với từng loại máy . Có 3 đại lượng định mức cơ bản của MBA . 1. Điện áp định mức Điện áp sơ cấp định mức kí hiệu U lđm là điện áp qui định cho dây quấn sơ cấp. Điện áp thứ cấp định mức kí hiệu U 2đm là điện áp giữa các cực của dây quấn sơ cấp. Khi dây quấn thứ cấp hở mạch và điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp là định mức, người ta qui ước với MBA 1 pha điện áp định mức là điện áp pha với MBA 3 pha là điện áp dây. Đơn vị của điện áp ghi trên nhãn máy thường là kV. 2. Dòng điện định mức Dòng điện định mức là dòng đi ện đã qui định cho mỗi dây quấn của MBA, ứng với công suất định mức và điện áp định mức. Đối với MBA 1 pha dòng điện định mức là dòng điện pha. Đối với MBA 3 pha dòng điện định mức là dòng điện dây. 3. Công suất định mức Công suất định mức của MBA là công suất biểu kiến định mức. Công suất định mức kí hiệu là S đm , đơn vị là VA, KVA . Đối với MBA 1 pha công suất định mức là : S đm = U 2d .I 2đm = U 1đm . I 1đm Đối với MBA 3 pha công suất định mức là : S đm = dmdmdmdm IUIU 1122 .3 3 = IV. CÔNG DỤNG CỦA MBA Đ Ồ ÁN TỐT NGHIỆP 5 MBA đã và đang được sử dụng rộng rãi trong đời sống, phục vụ chúng ta trong việc sử dụng điện năng vào các mục đích khác nhau như : + Trong các thiết bị lò nung có MBA lò . + Trong hàn điện có MBA hàn . + Làm nguồn cho các thiết bị điện ,thiết bị điện tử công suất . + Trong lĩnh vực đo lường (Máy biế n dòng ,Máy biến điện áp. . . ) + Máy biến áp thử nghiệm. + Và đặc biệt quan trọng là MBA điện lực được sử dụng trong hệ thống điện . Trong hệ thống điện MBA có vai trò vô cùng quan trọng, dùng để truyền tải và phân phối điện năng ,vì các nhà máy điện công suất lớn thường ở xa các trung tâm tiêu thụ điện (Các khu công nghiệp và các hộ tiêu thụ. . . ) vì thế cầ n phải xây dựng các hệ thống truyền tải điện năng . Điện áp do nhà máy phát ra thường là : 6.3; 10.5; 15.75; 38.5 KV. Để nâng cao khả năng truyền tải và giảm tổn hao công suất trên đường dây phải giảm dòng điện chạy trên đường dây ,bằng cách nâng cao điện áp truyền ,vì vậy ở đầu đường dây cần lắp đặt MBA tăng áp 110 KV ; 220KV ; 500 KV v v.và ở cuối đường dây cần đặt MBA hạ áp để cung cấ p điện cho nơi tiêu thụ thường là 127V đến 500V và các động cơ công suất lớn thường là 3 đến 6KV . V.VAI TRÒ CỦA MÁY BIẾN ÁP TRONG TRUYỀN TẢI VÀ PHÂN PHỐI ĐIỆN NĂNG Hiện nay mang điện trải rộng ở khắp mọi nơi, nhưng điện năng chỉ được sản xuất ở một số ít nhà máy phát điện , mà các nhà máy này được xây dựng ở nhữ ng nơi có các đặc điểm như gần sông hồ lớn , gần mỏ than ….vì vậy mà cách xa nơI tiêu thụ hàng trăm hàng nghìn km Điện năng có đặc điểm là khi xản xuất ra cần phảI tiêu thụ ngay .Chính vì vậy cần phảI truyền tảI điện năng tới ngay nơI tiêu thụ . Điện năng được truyền tảI bằng các đường dây điện.Với mạng lưới dài t ới hàng trăm hàng nghìn km Đ Ồ ÁN TỐT NGHIỆP 6 Giả sử ta cần truyền tảI một công suất P của máy phát trên quãng đường dài. Công suất P , hiệu điện thế U và dòng điện trên dây dẫn liên hệ với nhau bằng biểu thức P = U.I Do hiệu ứng jun-lenxơ,trên đường dây sẽ có một công suất hao phí ΔP sẽ biến thành nhiệt toả vào môI trường . Ta có biểu thức tính tổn hao : ΔP= U 2 /R Trong đó R là điện trở dây dẫn Vì ΔP là tổn hao công suất do vậy cần phải giảm ΔP xuống mức thấp nhất . Chẳng hạn muốn giảm ΔP xuống 100 lần thì ta có thể làm hai cách: • Giảm R xuống 100 lần • Tăng u lên 100 lần Nếu làm theo cách thứ nhất thì ta phải tăng tiết diện dây lên 100 lần ,đồng nghĩa với việc ta phải tă ng khối lượng dâu dẫn lên 100 lần .Điều này là quá tốn kém vì ta phải tăng sức trống đỡ của cột lên 100lần và giá thành vật liệu sẽ quá cao.Như ta đã biết việc tăng U lên 10 lần chỉ có thể thực hiện được khi ta sử dụng MBA.Ta nhìn vào mô hình mạng điện sau đây: Máy phát điện ở các nhà máy phát điện chỉ có thể tạo ra dòng điện tớ i 24kv.Trạm biến áp ở nhà máy điện có khả năng nâng điện thế đó lên tới 500kv .Quãng đường truyền tảI càng xa càng cần diện áp cao. Trên quãng đường truyền tảI cần nhiều trạm biến áp trung gian nhằm mục đích tiếp tục nâng hay giảm điện áp vì điện áp của nơi tiêu thụ chỉ cần điện áp thấp vai trăn vol Trong các hệ thống điện hiệ n nay cần phải có tối thiểu 4÷ 5 lần tăng giảm điện áp. Do đó tổng công suất đặt của các máy biến áp gấp mấy lần công suất của máy phát điện. Đ Ồ ÁN TỐT NGHIỆP 7 Người ta đã tính được rằng nó gấp 6÷7 hay 8 lần hoặc hơn thế nữa hiệu suất của máy biến áp thường rất lớn 98 ÷99 % nhưng do số lượng máy biến áp nhiều lên tổn hao trong hệ thống điện là rất đáng kể. Có thể nói trên mạng truyền tải điện năng thì MBA được chia làm hai loại chính là MBA truyền tải đi ện áp cao, MBA trung gian và MBA phân phối. • MBA truyền tải điện áp cao ,công suất lớn nó đảm nhiện cung cấp điện cho một vùng, một khu vực. Vì vậy yêu cầu đối với loại máy này là: Un phải lớn đông thời phảI điều chỉnh được điện áp đưới tải • MBA phân phối với công suất vừa và nhỏ,cung cấp điện cho một vùng dân cư nhỏ, hay mộ t số ít nhà máy. yêu cầu với loại nay là Un từ 4-5%, AU nhỏ, điều chỉnh không điện,hay thận chí không điều chỉnh Đề tài của em là thiết kế MBA ba pha điều chỉnh điện áp với công suất là S= 6300 KVA vơi điện áp 22/ 6,3 kv.Đây thuộc loại MBA trung gian PHẦN II : THIẾT KẾ Nhiệm vụ thiết kế: Thiết kế MBA ba pha điều ch ỉnh điện áp công suất 6300 kVA Các số liệu ban đầu: Dung lượng 6300 kVA Điện áp 22000 ±9.1,78%/6300 V Tần số 50Hz Đ Ồ ÁN TỐT NGHIỆP 8 Tổn hao không tải 8500 W Tổn hao ngắn mạch 48000 W Điện áp ngắn mạch 7,5% Dòng điện không tải 0,8% Tổ nối dây CHƯƠNG I TÍNH TOÁN CÁC KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU CỦA MÁY BIẾN ÁP I. XÁC ĐỊNH CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐIỆN CƠ BẢN CỦA MÁY BIẾN ÁP. - Dựa vào các số liệu ban đầu của nhiệm vụ thiết kế đã cho ta xác định được các đại lượng điện sau: 1. Dung lượng 1 pha. S f = )(2100 3 6300 3 KVA S == Dung lượng 1 trụ: S tr = )(2100 3 6300 3 KVA S == 2. Dòng điện dây định mức: - Phía cao áp : I 1f = )(3,165 22000.3 10.6300 3 3 1 A dmU Sdm == - PHía hạ áp : I 2 = )(35,377 6300.3 10.6300 3 3 2 A dmU Sdm == 3. Dòng điện pha định mức. - Phía cao áp nối Y: I 1f = I 1 = 165,3 (A) - Phía hạ áp nối Δ: U 2f = )(33,333 3 2 A I = 4. Điện áp pha định mức: - Phía cao áp nối Y: U 1f = )(7,12701 3 22000 3 1 V U == - Phía hạ áp nối Δ: U 2f = U 2 = 6300 (V) Đ Ồ ÁN TỐT NGHIỆP 9 5. Điện áp thử dây quấn ( tra bảng 14 -5 tài liệu 1). U t1 = 50 (kV) ; U t2 = 20 (kV) II. CHỌN CÁC SỐ LIỆU XUẤT PHÁT VÀ TÍNH TOÁN KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU. 1.Với U t1 = 50 (QV) Tra bảng 14 – 2 tài liệu1. Có : Δ = 18 (mm) δ 12 = 4 (mm) *Theo công thức (20-13a) TL1 có : Δ 1 + Δ 2 = K. 4 t S Chọn K = 2 ⇒ Δ 1 + Δ 2 = 2 5,132100 4 = (cm) * Chiều rộng quy đổi từ trường tản. b c = Δ + 3 21 Δ+Δ = 18 + 45,1 = 63,1 (mm) 2. Hệ số quy đổi từ trường tản: K r = 0,95 3. Thành phần điện áp tác dụng của điện áp ngắn mạch U nr% = %76,0 6300.10 48000 10 1 == sdm P Thành phần phản kháng của điện áp ngắn mạch. U n % = %46,776,05,7%% 2222 =−=− nrr UU CHƯƠNG II THIẾT KẾ MẠCH TỪ 1. CHỌN TÔN SILIC Lõi sắt là phần mạch từ của MBA, là phần dẫn từ thông chính của MBA. Do đó khi thiết kế cần phẩi đảm bảo làm sao cho thoả mãn những yêu cầu như, tổn hao sắt chính và phụ nhỏ, lượng tôn silic sử dụng làm sao cho ít nhất và hệ số điều đầy của lõi [...]... cỏc pha 22 = 3mm 6 Chn = 1,4; b = 0,35; Kf = 0,91 theo 20 - 41 c, d,e TL1) 7 Chn KR = 0,95 8 Chn h s hỡnh dỏng: mc 20 -1 ti liu 1 ó a tớnh toỏn MBA theo h s hỡnh dỏng = .Ds/lv: ng kớnh trung bỡnh ca cun dõy, lv chiu cao ca dõy qun - Tr s thng bin thiờn rt rng t 1,2 ữ 3,6 nú nh hng rừ rt ti cỏc c tớnh k thõt v kinh t ca MBA * V mt kinh t - Nu cỏc MBA cú cựng cụng sut in ỏp v cỏc thụng s k thut ban... 725 735 750 765 769 785 2 2 1 Hình 9 Bố trí dây quấn ở cửa sổ máy biến 26 N TT NGHIP 1' 2' 3' 5 lh d'1 l5 4 l45 l4 3 l34 l3 2 l23 l2 1 l12 d'12 l1 d'2 15 4 34 3 23 2 12 1 d'23 d'3 n4 dh n3 n2 n1 d5 d45 n'1 n'2 n'3 d4 d34 d3 '1 l'1 '12 l'12 '2 l'2 '23 l'23 '3 ' h '5 d23 d2 d12 l'3 d1 W2 W1 Hình 10 Các kích thớc dây quấn ở của sổ máy biến áp CHNG IV TNH TON CC THAM S KHễNG TI, NGN MCH 27 N TT NGHIP... cựng cụng sut in ỏp v cỏc thụng s k thut ban u thỡ nu nh MBA s gy, cao nu ln thỡ MBA s bộo v thp vi tr s khỏc nhau thỡ t l trng lng st v ng trong MBA cng khỏc nhau nh thỡ lng st ớt lng ng nhiu, ln thỡ lng st ln lng ng ớt Nh vy chn thớch hp khụng ch nh hng n kớch thc ca mỏy m cũn nh hng ti vt liu cu thnh lờn mỏy bin ỏp n giỏ thnh ca MBA * V mt l thut 11 N TT NGHIP - Nu ln thỡ ng kớnh d ln v... (1,4 -> 1,45)T t ú gim c tn hao trong mỏy, gim c trng lng kớch thc mỏy c bit l rỳt bt c ỏng k chiu cao ca MBA, rt thun li cho vic chuyờn ch Tuy nhiờn giỏ t hnh tụn cỏn lnh cú hi cao nhng do vic gim c tn hao v trng lng nờn ngi ta tớnh rng vn kinh tộ hn nhng loi MBA c ch to bi tụn cỏn núng li nh hng ban u Cỏc lỏ thộp k thut in sau ú c sn ph cỏch in mt ngoi trc khi ghộp chỳng 2 Tra bng 44-4 (ti liu 1) chn... hnh a yờu cu v in Khi vn hnh thng dõy qun MBA cú in ỏp lm vic bỡnh thng v quỏ in ỏp do úng ngt mch trong li in hay sột ỏnh gõy nờn nh hng ca quỏ in ỏp do úng ngt mch vi in ỏp lm vic bỡnh thng, thng ch yu l i vi cỏch in chớnh ca MBA, tc l cỏch in gia cỏc dõy qun vi nhau v gia dõy qun vi v mỏy, con quỏ in ỏp do sột ỏnh lờn ng dõy thng nh hng n cỏch in dc ca MBA, tc l gia cỏc vũng dõy, lp dõy hay gia cỏc... cu dõy qun + Tớnh toỏn sp xp v b trớ dõy qun + Tớnh toỏn tớnh nng ca MBA II TNH TON DY QUN H P St 963,51 (cm2) 1 Cú Bt = 1,65(T) ; T thụng trong tr: = 1,65.963,5.10-4 = Bt.St = 0,1589 (Wb) 2 in ỏp 1 vũng dõy: Uv = 4,44..f = 4,44.0,1589.50 = 35,29 ly 35V 3 in ỏp 1 vũng dõy Uv = 35 (V) 4 in ỏp pha U2f = U = 6300 (V) S vũng dõy 1 pha ca dq h ỏp w2 = U2f Uv = 6300 = 180 Vũng 35 Dõy qun th cp b trớ 3 lp... trờn ú gn nhiu b phn khỏc na nh: dõy qun, giỏ dõy dn ra, i vi mt s MBA cũn gn c np mỏy cú th nõng cu ton b lừi st ra khi v khi sa cha Hn th na lừi st cũn cú th chu c lc c hc ln khi b ngn mch dõy qun cỏc yờu cu i vi mch t nh trờn c tho món thỡ vic chn loi tụn silic nh th no l rt quan trng, vi silic cú dy bao nhiờu, thnh phn silic bao nhiờu l c Khi tụn silic cú thnh phn silic trong lỏ tụn s b dũn,... khi in ỏp nh nht I1f = Dây quấn cơ sở 6300 = 197,5 (A) 3x18419 Điều chỉnh êm 0 1 2 6 7 6 7 6 7 6 7 6 3 4 5 6 7 8 9 Vị trí chuyển mạch 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Số vòng W1 298 304 311 317 324 330 337 343 350 Điện áp U1, V 18055 18419 18844 19208 19633 19997 20422 20786 21211 20 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 356 363 369 376 382 389 395 402 408 415 21575 22000 22364 22789 23153 23578 23942 24367 24731 25156 19... I2 f 2 = 333,33 = 181,8(mm 2 ) 1,833 7 Da vo bng 44 -10 TL1 - Chn 6 dõy 3,5 x91 4,1x9,6 - Cỏch in 4P, ghộp 6 si song song cú hoỏn v 17 N TT NGHIP 1 6 2 1 3 2 1 4 3 2 4 5 6 4 3 2 5 6 1 5 6 1 Hình 1 Hoán vị vòng quanh 8 Kớch thc dõy qun - Chiu cap dõy qun h ỏp : lv = (60 + 1) 2 x 9,6 = 1170 (mm) ộp : i = 0,13 x 61 x 2 x 0,6 = 10 (mm) Chiu cao thc ca dõy qun h ỏp : 1160 (mm) - Chiu rng dõy qun h ỏp a... khụng ti tng lờn.Mun gi tn haokhụng i khi tng thỡ trng lng ng gim xung , nhng lỳc ú s lm cho mt dũng in v lc in t tỏc dng lõn dq li tng lờn - Vy chn la hp lý cú nh hng ti c vn v kinh t v k thut ca MBA do vy cỏc cụng thc 20 41 TL1 Cho phộp tớnh toỏn tỡm c hp lớ A = 16 4 st bc K R 2100.6,31.0,95 = 16 = 32 2 2 50.7,46.1,65 2.0,85 2 f u x Bt K ed A1 = 5,66 10-2..A3.Kp = 5,66.10-2.14.322 0,93=2415 . Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp điện lực ba pha ngâm dầu Đ Ồ ÁN TỐT NGHIỆP 1 THIẾT KẾ MÁY BIẾN ÁP ĐIỆN LỰC BA PHA NGÂM DẦU. Bài thiết kế tốt nghiệp. và điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp là định mức, người ta qui ước với MBA 1 pha điện áp định mức là điện áp pha với MBA 3 pha là điện áp dây. Đơn vị của điện