Tiểu luận Thiết kế máy biến áp điện lực ngâm dầu

§å ¸n m«n häc: thiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p

Tiểu luận

Thiết kế Máy biến áp điện lực

ngâm dầu

1

§å ¸n m«n häc: thiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p

LỜI NÓI ĐẦU

Đối với chuyên ngành Thiết bị điện - điện tử , Máy biến áp là một lĩnh vực

rất quan trọng. Chính vì vậy, thiết kế môn học Máy biến áp có mục đích giúp cho

sinh viên nắm được những bước cơ bản nhất trong việc tính toán kết cấu của một

Máy biến áp.

Dưới sự hướng dẫn của thầy Bùi Đức Hùng - giảng viên Bộ môn Thiết bị

điện - điện tử, em đã hoàn thành đồ án môn học của mình với đề tài Thiết kế Máy

biến áp điện lực ngâm dầu. Trong quá trình làm chắc chắn sẽ không tránh khỏi thiếu

sót, qua đó em mong thầy giáo và các bạn góp ý để đồ án được tốt hơn.

. S_P= 250 kVA

. U_đm= 6,3/0,4 kV

. I₀% = 2%

. P₀= 610 W

. U_K% = 4

. P_k= 4100 W

. Tổ nối dây Dy11

.Điều chỉnh 2x2,5%

2

§å ¸n m«n häc: thiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ MÁY BIẾN ÁP

A . Xác định các kích thước chủ yếu:

I. Xác định các đại lượng điện cơ bản:

1. Dung lượng một pha:

250

S_f=

= 83,33 kVA

3

Dung lượng trên mỗi trụ:

250

S_t=

=

83,33 kVA

3

2. Dòng điện dây định mức:

- Phía cao áp:

S_p

250.10³

3.6,3.10³

I_1f=

=

22,9 A

3.U₁

- Phía hạ áp:

S_p

3.U₂

250.10³

=360,8 A

3.400

I_2f=

=

3. Điện áp pha định mức:

- Phía cao áp:

U_d1= U_f1= 6,3 kV

- Phía hạ áp:

U₂

400

U_f2=

=

= 231 V

3

4. Điện áp thử nghiệm của dây quấn:

- Dây quấn cao áp với U₁= 6,3 kV  U_th= 20 k V

Dây quấn hạ áp với U₂= 0,4 kV  U_th= 5 kV

-

II. Chọn các số liệu xuất phát và tính các kích thước chủ yếu:

3

§å ¸n m«n häc: thiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p

1. Chiều rộng quy đổi của rãnh từ tản giữa dây quấn cao áp và hạ áp: với U_th1= 20

kV, ta có a₁₂= 1,2 cm; ₁₂= 4 mm. Trong rãnh a₁₂ta dặt ống cách điện dày ₁₂= 4 mm.

Theo công thức:

a₁+ a₂

'

= k.⁴S_P

3

k là hệ số phụ thuộc dung lượng máy biến áp, tra bảng 13.1 ta được k = 0,45

thay vào ta được

a₁+ a₂

'

= k.⁴S_P= 0,45.⁴83,33 =1,51 cm

3

a_Rkhoảng cách phụ thuộc kích thước hình học của dây quấn hạ áp và cao áp,

vậy:

a₁+ a₂

a_R= a₁₂+

= 1,2 +1,51 = 2,71cm

3

2. Hệ số quy đổi từ trường: k_R=0.95

3. Các thành phần điện áp ngắn mạch:

- Điện áp ngắn mạch tác dụng:

P_n

4100

U_nr=

=

10.S_P10.250

=1,64%

- Điện áp ngắn mạch phản kháng:

U_nx= U²_n_ U²_nr= 4²_1,64²

=3,65%

4. Ta chọn tôn cán lạnh mã hiệu 3405 có chiều dày 0,35mm. Lấy mật độ từ

thông trong trụ B_T= 1,6T, hệ số k_G= 1,02. ép trụ bằng nêm với ống Bakêlít, ép

gông bằng thép U không dùng bulông xuyên qua trụ và gông. Sử dụng lõi thép có

mối ghép nghiêng ở 4 góc và ba mối ép thẳng giữa trụ và gông. Theo bảng 13.2

với S_P= 250 kVA ta chọn trụ có 6 bậc, số bậc thang của gông lấy nhỏ hơn trụ 1

bậc tức là ggông có 5 bậc, hệ số điền đầy k_d=0,928; hệ số chêm kín k_c= 0.93, nên

hệ số lợi dụng lõi sắt k_l= k_d.k_c= 0,928.0,93=0,86.

Từ cảm trong gông B_G= 1,6/1,02=1,57 T. Twf camr khe hở không khí ở mối

nối thẳng B”_r= B_T= 1,6 T, từ cảm ở mối nối xiên B’_K= B_T/ 2 =1,6/ 2 =1,13 T.

Tra bảng, ứng với từng giá trị mật độ từ cảm ta sẽ có suất tổn hao trong thép và

tổn hao từ hoá trong trụ:

. Suất tổn hao trong thép:

-Trong trụ

p_FeT= 1,230 W/kg

-Trong gông

4

§å ¸n m«n häc: thiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p

p_FeG= 1,17 Ư/kg

. Tổn hao từ hoá

-Trong trụ

q_FeT= 1,602 VA/kg

-Trong gông

q_FeG= 1,486 VA/kg

-Trong khe hở không khí

+Nối thẳng q_K”= 1,92 VA/cm²

+Nối nghiêng q_K’= 0,272 VA/cm²

5. Các khoảng cách cách điện chính

. Giữa trụ và dây quấn hạ áp a_o1= 5mm

. Giữa dây quấn hạ áp và dây quấn cao áp, a₁₂= 1,2 cm

. ống cách điện giữa dây quấn cao áp và hạ áp, ₁₂= 0,4 cm

. Giữa các dây quấn hạ áp, a₂₂= 2,2 cm

. Tấm chắn các pha ₂₂= 0,2 cm

. Giữa dây quấn cao áp đến gông, l_o= 4 cm

. Phần đầu thừa của ống cách điện, l_d2=3 cm

5. Các hằng số tính toán , với dây dẫn bằng đồng và điện áp dây quấn cao áp là

6,3 kV (bảng 13.5 và 13.6)

. a = d₁₂/d = 1,36

. b = 2a₂/d = 0,4

6. Hệ số tổn hao phụ, với công suất 250 kVA ta chọn k_f= 0,94 (bảng 13.7)

7. Chọn  với dải biến thiên từ 1,2 đến 3,6, để xác định giá trị tối ưu của ta

phải tính các số liệu và các đặc tính cơ bản của m.b.a:

S^'_P.a_R.k_R

f.U_nx.B²_T.k²_l

4

+ A =

83,33.2,71.0,95

50.3,65.1,6².0,88²

4

= 16

= 14,04

+A₁= 5,66.10^-2.a.A³.k_l= 5,66.10^-2.1,36.14,04³.0,88 = 187 kg

+A₂= 3,6.10^-2.A².k_l.l₀= 3,6.10^-2.14,04².0,88.4 = 25,1 kg

+B₁= 2,4.10^-2.k_l.k_G.A³.(a+b+e)

= 2,4.10^-2.0,88.1,02.14,04³(1,36+0,4+0,411) = 129,43 kg

e = 0,411 đối với thang nhiều bậc

+ B₂= 2,4.10^-2.k_lk_G.A².(a₁₂+a₂₂)

= 2,4.10^-2.0,88.1,02.14,04².(1,2+2,2) = 14,44 kg

5

§å ¸n m«n häc: thiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p

S_P.a²

k_f.k²_l.B²_T.u_nr.A²

+ C₁= K_dq.

250.1,36²

0,94.0,88².1,6².1,64.14,04²

=

2,46.10²

= 188,82 kg

P_n

+ M = 0,2453.10^-4.k²_n.k_f.k_R.

trong đó:

a.A

)

-ꢀ.u

nr

100

u

nx

k_n= 1,41.

.(1+ e

u_n

-π.1,64

100

4

3,65

=

1,41.

.(1+ e

)

= 43,84

4100

1,36.14,04

M = 0,2543.10^-4.43,84².0,94.0,95.

= 9,04 MPa

+ Trọng lượng tôn silic ở các góc của gông:

G_g= 0,486.10^-2.k_l.k_G.A³.x³

= 0,486.10^-2.0,88.1,02.14,04³.x³= 12,07x³kg

+ Tiết diện trụ lõi sắt:

S_T= 0,785.k_l.k_G.A2.x²

= 0,785.0,88.1,02.14,04².x²= 139x²

+ Tiết diện khe hở vuông góc:

S”_K= S_T= 139x²

+ Tiết diện khe hở chéo

S’_K= S_T/ 2 =98,29x²

+ Tổn hao không tải, theo công thức 13-24:

P₀= k’_f.( p_T.G_T+ p_G.G_G) = 1,25.( 1,23.G_T+ 1,17.G_G)

= 1,538.G_T+ 1,463.G_G

k’_fhệ số tổn hao phụ trong sắt, tôn cán nguội lấy k’_f= 1,25

+ Công suất từ hoá, theo công thức 13-26:

Q₀= k”_f.(Q_c+ Q_f+ Q_K)

Trong đó:

. k”_fhệ số xét đến sự phục hồi từ tính không hoàn toàn khi ủ lại lá tôn,

chọn k”_f= 1,25

. Qc công suất từ hoá chung của trụ và gông

Q_c= q_T.G_T+ q_G.G_G

= 1,602.G_T+ 1,486.G_G

6

§å ¸n m«n häc: thiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p

. Q_fCông suất từ hoá đối với góc có mối nối vuông góc

Q_f= 40.q_T.G_G= 40.1,602.G_G= 64,08.G_G

. Q_Kcông suất từ hoá ở khe hở không khí nối giữa các lá thép

Q_K= 3,2.q_K.S_K= 3,2.0,272.139x²= 120,9x²

Vậy công suất từ hoá tổng là:

Q₀= k”_f.(Q_c+ Q_f+ Q_K)

= 1,25.( 1,602.G_T+ 1,486.G_G+ 64,08.G_g+ 120,9x²)

= 2.G_T+ 2,972.G_G+ 80,1.G_g+ 151x²

Lập bảng tính giá trị các tham số cơ bản ứng với từng giá trị của  biến thiên từ

1,2 đến 3,6;từ đó xác định được gía trị  tối ưu :

1,2

1,047

1,8

1,16

2,4

1,25

3,0

1,32

3,6

1,38



x=⁴

ꢀ

2

1,095

1,15

178,67 161,44 150,24 142,09 135,76

1,34

1,55

1,73

1,90

2

4

x =

β

3

1,55

1,93

2,28

2,62

x³=

β

4

A₁/x = 187/x

A₂.x²= 25,1.x²

G_T= A₁/x +A₂/x²

B₁.x³= 129,43x³

B₂.x²= 14,44x²

G_G= B₁.x³+ B₂.x²

G_Fe= G_T+ G_G

G_g= 12.07x³

27,39 33,54 38,73 43,3 47,43

206,05 194,99 188,97 185,39 183,19

148,41 201,15 249,59 295,06 338,29

15,82

19,37

22,37

25,01

27,40

164,23 220,53 271,96 320,07 365,69

370,28 415,51 460,93 505,46 548,89

13,84

18,76

23,27

27,51

31,55

P₀

=

1,538.G_T

+

557,17 662,52 688,52 753,39 816,75

1,463.G_G

Q₀= 2.G_T+ 2,972.G_G+ 2174,100 2750,43 3284,48 3787,81 4266,50

80,1.G_g+ 151x²

i_ox= Q₀/(10.S_P)

0,87

1,10

1,31

1,52

1,71

9,52

G_dq= C₁/x²= 188,82/x²

G_Cu= 1,66.G_dq

172,37 140,74 121,88 109,01

286,14 233,63 202,33 180,97 165,20

632,35 516,31 447,14 399,93 365,09

1002,6 931,82 908,07 905,39 931,97

K_CuFe.G_Cu= 2,21.G_Cu

C’_td= G_Fe+ k_CuFe.G_Cu

3,05

3,38

3,63

3,84

4,02

0,94.4100

J=

2,4.G_dq

_cp= M.x³= 9,04.x³

d = A.x³= 14,04.x

d₁₂= a.d = 1,36.d

10,36

14,69

20,00

14,05

16,26

22,12

17,43

17,48

23,77

20,61

18,48

25,13

23,63

19,34

26,3

7

§å ¸n m«n häc: thiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p

52,29

38,58

31,10

26,30

22,94

l = .d₁₂/

2a₂= b.d = 0,4.d

5,88

6,50

6,99

7,39

7,74

C= d₁₂+ a₁₂+ 2a₂+ a₂₂

29,26

32,02

34,16

35,92

37,44

Ta sẽ thấy giá thành thấp nhất sẽ ứng với 3,6   3,0; nhưng với giới hạn P₀

= 610 W, ta sẽ lấy giá trị 2,4   1,2, tuơng ứng đường kính lõi sắt

d  14,69. Trong khoảng này tất cả các tham số đều đạt tiêu chuẩn.

16,26 

Căn cứ vào đường kính lõi sắt tiêu chuẩn ta chọn giá trị d = 16 cm, lúc đó  =

4

1,69; x =

ꢀ=

⁴1,69 = 1,14

Tiết diện lõi sắt sơ bộ:

S_T= 129.x²= 139.1,14²= 181 cm²

Đường kính trung bình của rãnh dầu sơ bộ

d₁₂= a.d = 1,36.16 = 21,76 cm

Chiều cao dây quấn sơ bộ

ꢀ.d₁₂

ꢀ.21,76

l =

=

=39,33 cm

ꢀ

1,69

Chiều cao trụ lõi sắt sơ bộ

l_T= l + 2.l₀= 39,33 + 2.4 = 47,33 cm

Khoảng cách giữa các trụ lõi sắt sơ bộ

C = d₁₂+ a₁₂+ 2a₂+ a₂₂

= 21,76 + 1,2 + 0,4.16 + 2,2 = 31,56 cm

Điện áp của một vòng dây

u_v= 4,44.f.B_T.S_T.10^-4= 4,44.50.1,6.181.10^-4

= 6,43 V

Trọng lượng sắt sơ bộ :

G_Fe= 407,18 kg

Trọng lượng đồng sơ bộ:

G_dq= 145,29 kg

Mật độ dòng điện sơ bộ:

J = 3,32 A/mm²

ỉng suất trong dây quấn:

_cp= 13,39 Mpa

Tổn hao không tải

P₀= 610,41 W

Dòng không tải %

I₀% = 0,97

8

§å ¸n m«n häc: thiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p

B. Tính toán dây quấn:

I. Dây quấn hạ áp:

1. Sức điện động của một vòng dây:

u_v= 4,44.f.B_T.S_T.10^-4= 4,44.50.1,6.181.10^-4

= 6,43 V

2. Số vòng dây trong một pha của dây quấn hạ áp:

U_f1231

w₁=

=

u_v6,43

= 35,93  36 vòng

Như vậy điện áp một vòng dây

U_f1

w₁

231

36

u_v=

=

= 6,42 V

3. Mật độ dòng điện trung bình:

Theo công thức 13-18

P_n.u_v

4100.6,42

250.21,76

J_cp= 0,746.k_n.

= 0,746.0,94.

S_p.d₁₂

= 3,39 A/mm²

4. Tiết diện vòng dây sơ bộ:

I_f1

360,84

s₁’ =

=

= 106,44 mm²

J_cp

3,39

Với điều kiện

S_P= 250 kVA,

I_f1= 360,84 A

U_đm= 400 V

S₁’ = 106,44 mm²

Tra bảng XV, ta chọn kiểu dây quấn là kiểu quấn kép dây dẫn chữ nhật, do

công nghệ chế tạo đơn giản, rẻ, làm nguội tốt thích hợp với máy công suất nhỏ,

nhưng nó cũng có nhược điểm là độ bền cơ nhỏ, ta sẽ khắc phục nhược điểm này

trong quá trình chọn dây và thông số dây.

5. Số vòng dây của một lớp :

w₁

36

w₁₁=

=

=18 vòng

n

2

n: Số lớp, vì quấn kép nên n = 2.

6. Chiều cao hướng trục của mỗi vòng dây:

l₁

39,33

h_v1=

=

w₁₁+1 18 +1

= 2,07 cm = 20,7 mm

9

§å ¸n m«n häc: thiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p

7. Căn cứ vào h_v1= 20,7 mm; tiết diện s₁’ = 106,44 mm², theo bảng VI.2, ta

chọn tiết diện mỗi vòng dây bao gồm 2 sợi chập song song, chia thành 2 lớp dây

(quấn ống kép ).

Kích thước dây hạ áp như sau:

4,1x20

PB – 2x

x79,52

4,6x20,5

8. Tiết diện thực của mỗi vòng dây

s₁= 2x79,52= 159,04 mm²

9. Mật độ dòng điện thực trong dây quấn

360,84

J₁=

= 2,27 A/mm²

159,04

10. Chiều cao tính toán của dây quấn hạ áp

l₁= hv₁.(w₁₁+ 1) + 1 = 2,05.(18+1) = 39,95 cm

a₀₁

a

a₁

b’

b

a₁₁

11. Bề dày của dây quấn hạ áp

a₁= 2.a’+a₁₁

a’: bề dày của 1 sợi dây, a’=4,6mm

a₁₁: khoảng cách giữa hai lớp của dây quấn ống kép, chọn a₁₁=5mm

a₁= 2.4,6 +5 = 14,2 mm = 1,42 cm

12. Đường kính trong dây quấn hạ áp:

D₁’ = d+2a₀₁

a₀₁: 5mm = 0,5 cm; d= 16cm

D₁’ = 16 +2.0,5 = 17 cm

13. Đường kính ngoài của dây quấn hạ áp:

D₁” = D₁’ + 2.a₁

10

§å ¸n m«n häc: thiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p

a₁= 1,42 cm, D₁’ = 17 cm

D₁” = 17+ 2.1,42 = 19,84 cm

14. Bề mặt làm lạnh của dây quấn hạ áp:

’’

M₁= t.k_K..(D₁’+D₁).l₁.10^-4

t: số trụ tác dụng, t = 3

k_Khệ số xét đến sự che khuất bề mặt của dây quấn, k_K= 0,75

thay vào:

M₁= 3.0,75..(17+19,84).39,95.10^-4= 1,04 m²

15. Trọng lượng đồng dây quấn hạ áp , theo công thức 13-76a

D₁^'+ D^"

G_Cu1

=

28.t.

¹.w₁.s₁.10^-5

2

17 +19,84

28.3.

.36.159,04.10^-5= 88,6 kg

2

II. Dây quấn cao áp

1. Chọn sơ đồ điều chỉnh điện áp, căn cứ vào công suất của máy biến áp là

250 kVA ta bố trí đoạn dây điều chỉnh nằm ở lớp ngoài cùng, mỗi lớp điều chỉnh

được bố trí thành hai nhóm trên dưới dây quấn nối tiếp với nhau và phân bố đều

trên toàn bộ chiều cao dây quấn nên không xuất hiện lực chiều trục.

Các đầu phân áp được cực của bộ đổi nối ba pha. Dòng làm viêc định mức

qua các tiếp điểm chính là dòng định mức của dây quấn cao áp bằng 22,9 A.

Điện áp lớn nhất đặt lên hai đầu tiếp điểm của bộ đổi nối là:

- Điện áp làm việc U_lv= 10%.U_f2= 10%.6,3.10³= 630 V

- Điện áp thử U_th= 2.U_lv

Sơ đồ điều chỉnh điện áp

A

x₅x₄

12

x₃

x₂x₁

12

54

12

12 12

11

§å ¸n m«n häc: thiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p

11 lớp bình

2 lớp điều

chỉnh

thường

2. Số vòng dây cuộn cao áp ứng với U_đm

6,3.10³

U_f2

w₂= w₁.

= 36.

U_f1

231

= 982 vòng

3. Điện áp ở một cấp điều chỉnh

u = 2,5%.U₂= 2,5%.6,3.10³= 157,5 V

4. Số vòng dây cao áp ở một cấp điều chỉnh:

Δ_U

157,5

w_đc=

=

 24 vòng

u_v

6,42

5. Số vòng dây tương ứng trên các đầu phân áp

Điện áp

Đầu dây Mức điều chỉnh

Số vòng dây cao áp

982+2.24 = 1030 vòng

982+1.24 = 1006 vòng

982 vòng

982 – 1.24 = 958 vòng

982-2.24=934 vòng

6615,0 V

6457,5V

6300,0V

6142,5V

5985,0V

X₁

X₂

X₃

X₄

X₅

+ 5%

+2,5%

0%

-2,5%

-5%

6. Mật độ dòng điện trong cuộn cao áp:

J₂’ = 2J_cp– J₁= 2.3,39 – 2,27 = 4,51 A/mm²

7. Tiết diện dây cao áp sơ bộ:

I_f2

J^'₂

22,9

s₂’ =

=

= 5,08 mm²

4,51

8. Căn cứ vào công suất máy biến áp 250 kVA, dòng I_f2= 22,9 A, U₂=6,3 kV,

s₂’=5,08 mm²tra bảng XV ta chọn kết cấu dây quấn là kiểu hình ống nhiều lớp

tiết diện tròn, ưu diểm của phương pháp này là công nghệ chế tạo đơn giản,

nhưng nhược điểm là độ tản nhiệt kém và độ bền cơ thấp, nhưng với công suất

của máy nhỏ thì ta có thể khắc phục được những nhược điểm này trong khi chọn

lựa thông số dây quấn và kiểu cách tản nhiệt.

Theo bảng VI.1 họn dây dẫn tròn mã hiệu PTEV có quy cách như sau:

12

§å ¸n m«n häc: thiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p

2,36

PTEV-2x

;4,36

2,46

9. Tiết diện thực của mỗi vòng dây,

s₂= 2.4,36 = 8,72 mm²

10.Mật độ dòng điện thực trong mỗi vòng dây

I_f2

22,9

J₂=

=

= 2,62 A/mm²

s₂

8,72

11. Số vòng dây trong một lớp:

l₂

n_v2.d^'₂

399,5

w₁₂=

-1 =

-1 = 81vòng

2.2.46

Trong đó:

l₂= l₁= 39,95 cm = 399,5 mm

n_v2là số sợi chập trong một vòng dây, n_v2= 2

12. Số lớp của dây quấn:

w_{2 max}

1030

n₁₂=

=

= 13 vòng

w₁₂

81

13. Điện áp làm việc giữa hai lớp kề nhau

u₁₂= 2.w₁₂.u_v= 2.81.6,42 = 1040,04 V

14. Căn cứ vào u₁₂= 1040 V, ta chọn cách điện giữa các lớp của dây quấn

hình ống nhiều lớp, chiều dày cách điện là ₁₂=0,12 mm, số lớp giấy cách điện là

2 lớp.

15. Như trên đã đề cập nhược điểm chính của kiểu dây quấn này là toả nhiệt

kém, để đảm bảo điều kiện toả nhiệt tốt ta quấn nên que nêm.

Bố trí dây quấn như sau:

Lớp thứ nhất đến lớp thứ 11:

Lớp thứ 12:

Lớp thứ 13:

80.11 = 891 vòng

54 + 2.12 =78 vòng

6.12 = 72 vòng

---------------------------------------------------------------------------

Tổng cộng

1030 vòng

16. Chiều dày dây quấn cao áp

Theo công thức 13-54a

a₂= d’.n₁₂+ 2.₁₂(n₁₂-1)

=2,46.13 + 2.0,12.(13-2) + 5= 34,8 mm=3,48 cm

17. Đường kính trong của dây quấn cao áp

D₂’ = D₁” + 2.a₁₂

= 19,84 + 2.1,2 = 22,24 cm

13

§å ¸n m«n häc: thiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p

18. Đường kính ngoài của dây quấn cao áp

D₂” = D₂’ + 2.a₂

= 22,24 + 2.3,48 = 29,2cm

19. Khoảng cách giữa hai trụ cạnh nhau

C = D₂” + a₂₂

= 30,16 + 2,2 = 32,36 cm

20. Diện tích bề mặt làm lạnh của dây quấn

Dây quấn cao áp quấn trên nêm, nên theo công thức 13-59ab

M₂= 1,5.t. k..(D₂’+D₂”).l₂

Trong đó: t số trụ tác dụng, t=3.

k là hệ số kể đến sự che khuất, ở đây ta lấy k = 0,88

M₂= 1,5.3.0,88..( 22,24+ 30,21).39,95.10^-4

= 2,61 m²

21. Trọng lượng dây quấn cao áp

D^'₂+ D^"₂

G_Cu2= 28.t.

.s₂.w_{2 max}.10^-5

2

22,24 + 29,2

=

28.3.

.1030.8,72.10^-5= 194kg

2

160

5

14,2

12

34,8

20

22

ử161

ử164

ử165

40

3

ử179,2

ử183,2

ử186,2

ử191,2

14

§å ¸n m«n häc: thiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p

ử226

Sơ đồ bố trí quận dây và kích thước chính

của dây quấn hạ áp và cao áp

III. Tính toán các tham số ngắn mạch

A. Tổn hao

1. Tổn hao chính

- Tổn hao đồng trong dây quấn hạ áp

Theo công thức 13-75

P_Cu1= 2,4.J².G_Cu1

= 2,4.2,27².88,6 = 1096 W

- Tổn hao đồng trong dây quấn cao áp

P_Cu2= 2,4.J².G_Cu2

D^'₂+ D^"₂

G_Cu2= 28.t.

.s₂.w_2®m.10^-5

2

22,24 + 29,2

=

28.3.

.982.8,72.10^-5= 185 kg

2

P_Cu2= 2,4.2,62².185 = 3048 W

2. Tổn hao phụ trong dây quấn

Tổn hao phụ thường được ghép nối vào tổn hao chính thông qua hệ số tổn hao k_f

, do đó việc xác định tổn hao phụ chính là xác định hệ số k_f

- Với dây quấn hạ áp tiết diện dây chữ nhật, theo công thức 13-78b

k_f= 1+0,095².a⁴.n²

b.m

+  =

.k_R

l₁

. b chiều cao một vòng dây, b=20,5 mm

. m là số thanh dẫn của dây quấn song song với từ thông tản, m = 18

. l chiều cao toàn bộ dây quấn, l = 39,95 cm

. k_Rhệ số Ragovski, lấy k_R= 0,95

2,05.18

  =

.0,95 = 0,88 ²= 0,77

39,95

+ a kích thước dây dẫn thẳng góc với từ thông tản, a = 4,1 mm

+ n số thanh dẫn của thanh dẫn song song với từ thông tản, n=4.

Vậy: k_f1= 1+0,095².a⁴.n²

15

§å ¸n m«n häc: thiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p

= 1+0,095.0,77.(0,41)⁴. 4²= 1,033

-Với dây dẫn cao áp tiết diện tròn, theo công thức 13-78c

k_f= 1+0,044².d⁴.n²

d.m

+  =

.k_R

l₂

. d đường kính trần của dây quấn cao áp, d=2,36 cm

. m số thanh dẫn của dây quấn song song với từ trường tản, m=81

. l₂= 39,95 cm

0,236.81

  =

.0,95 = 0,45²= 0,21

39,95

+ n số thanh dẫn của dây quấn vuông góc với từ trường tản, n=13

Vậy: k_f2= 1+0,044.².a⁴.n²

= 1+0,095.0,21.(0,236)⁴. 13²= 1,0048

A)

B)

Hình vẽ dùng để xác định tổn hao đồng trong các dây quấn

A) Với dây đồng chữ nhật

B) Với dây đồng tròn

3. Tổn hao phụ trong dây dẫn ra

P_Cur= 2,4.J².G_Cur

+J: mật độ dòng điện của dây quấn

+G_Curkhối lượng đồng dây dẫn ra của dây quấn

G_Cur= l_r.s_r._Cu

.l_r: chiều dài dây dẫn ra

. khối lượng riêng của đồng, _Cu=8900kg/m³

- Khối lượng đồng dây dẫn ra của dây quấn hạ áp

G_Cur1= l_r1.s_r1._Cu

Vì hạ áp đấu Y nên l_r1= 7,5 l₁= 7,5.39,95 = 299,63 cm

G_Cur1= 299,63.159,04.8900.10^-8= 4,24 kg

Vậy tổn hao dây dẫn ra hạ áp là:

P_Cur1= 2,4.2,27².4,24 = 52,44 W

- Khối lượng đồng dây dẫn ra của dây quấn cao áp

G_Cur2= l_r2.s_r2._Cu

16

§å ¸n m«n häc: thiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p

Vì cao áp đấu  nên l_r1= 14.l₁= 14.39,95 = 559,3 cm

G_Cur2=559,3.8,72.8900.10^-8= 0,434 kg

Vậy tổn hao dây dẫn ra cao áp là:

P_Cur2= 2,4.2,62².0,434 = 7,15 W

4. Tổn hao trong thùng dầu và các chi tiết bằng kim loại khác

Tổn hao này rất khó xác định chính xác, theo công thức gần đúng 13-80:

P_t= 10.k.S_P

là hệ số tỉ lệ, tra bảng 13.18 với công suất máy 250 kVA, ta được k=0,012

P_t= 10.0,012.250 = 30 W

5. Tổng tổn hao ngắn mạch toàn phần

P_n= k_f1.P_Cu1+ k_f2.P_Cu2+ P_Cur1+ P_Cur2+ P_t

Thay số vào ta được

P_n= 1,033.1096 +1,0048.3048 +52,44 +7,15+30

= 4284,39 W

So sánh với số liệu đầu bài đã cho P_n= 4100, sai số

ΣP_n- P_n

4284,39 - 4100

% =

.100% =

.100% = 4,5% < 5%, như vậy coi

P_n

4100

như công suất tổn hao ngắn mạch của máy là đạt yêu cầu.

B. Điện áp ngắn mạch

1. Thành phần tác dụng

Theo công thức 13-81

'

P_n

u_nr=

10.S_P

’

P_nTổn hao trong điều kiện làm việc bình thường của dây quấn cao áp ở chế độ

làm việc định mức.

’

P_n= P_n– 0,05.(P_dq2.k_f2)

= 4284,39 – 0,05.(1,0048.3048) = 4131,26 W

'

P_n

4131,26

10.250

u_nr=

=

= 1,65%

10.S_P

2. Thành phần phản kháng

7,92.f.S'_P..a_R

u_nx=

.k_R

u²_v

Trong đó

+ f là tần số công nghiệp, f =50 Hz

+ S’_PCông suất trên mỗi trụ của máy, S’_P= 83,33 kVA

+  hệ số hình dáng của máy biến áp,  =1,69

17

§å ¸n m«n häc: thiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p

a₁+ a₂

1,42 + 3,48

3

+ a_R= a₁₂+

= 1,2 +

3

= 2,83

1

-

σ

+ k_R= 1-ú(1-e ) =

a₁₂ a₁ a₂

1,2 1,42  3,48

.39,95

 =

.l



= 0,048

thay giá trị  vào

1

-

0,048

k_R= 1- 0,048.(1-e

) = 0,952

vậy giá trị của thành phần phản kháng

7,92.50.83,33.1,69.2,83

6,42²

u_nx=

.0,952.10^3

= 3,65%

3. Điện áp ngắn mạch toàn phần

u_n= u²_nr u²_nx 1,65² 3,65²= 4 %

Như vậy kết quả tính toán trùng luôn với dữ liệu ban đầu đã cho u_n=4%, kết

luận điện áp ngắn mạch với các thông số đã chọn là thoả mãn yêu cầu đề bài.

III. Tính toán lực cơ học khi ngắn mạch

1. Dòng điện ngắn mạch xác lập, theo công thức13-85

100

I_n=

I

.

 22,9.

 572,5A

m

u

4

n

2. Dòng ngắn mạch cực đại tức thời

Theo công thức 13-86

i_max= 2 .k_M.I_n

.u_nr

u_nx

.1,65

3,65



k_M= (1+e

)  (1 e

)

= 1,24

i_max= 2 .1,24. 572,5=1004 A

3. Lực hướng kính

Theo công thức 13-87

F_K= 0,628.( i_max.w₂)²..k_R.10^-6

= 0,627.(1004.982)².1,69.0,952.10^-6=0,98 Mpa

18

§å ¸n m«n häc: thiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p

4. ứng suất nén

- Trong dây quấn hạ áp

F_K

_nrHA

=

2.s₁.w₁

0,98.10⁶

2.159,04.10^6.36

=

 27,26.10⁶Pa = 27,26 Mpa

Với dây đồng : 30MPa_cp 18Mpa, như vậy giá trị _nrHAtính được thoả

mãn điều kiện về ứng suất nén ngang trục(do lực hướng kính gây nên).

- Trong dây quấn cao áp

F_K

_nrCA

=

2.s₂.w₂

0,98.10⁶

2.8,72.10^6.982

=

= 18,23 Mpa

Với dây đồng : 30MPa_cp 18Mpa, như vậy giá trị _nrCAtính được cũng

thoả mãn điều kiện về ứng suất nén ngang trục(do lực hướng kính gây nên).

5. Lực chiều trục

Do hai dây quấn có cùng chiều cao các vòng dây phân bố đều trên toàn bộ

chiều cao nên F”_t= 0.

Có

a_R

F’_t= F_K.

2.l

2,83

= 0,98.10⁶.

=34731 N

2.39,95

6. ứng suất do lực chiều trục gây nên

áp dụng công thức 13-92 cho dây quấn không có nêm chèm giữa các bánh

dây, ở đây ta chỉ xét riêng cho dây quấn hạ áp do nó phải chịu lực ép điện động

cực đại trong dây quấn, nếu nó thoả mãn thì điều kiện này đối với dây cao áp

cung thoả mãn.

F_t^'

_n=

D₁^' D^"

.

¹.(a₁ a₁₁)

2

34731

_n=

=6,52 Mpa

17 19,84

.10^2.(1,42  0,5).10^2

2

mức cho phép

1820 Mpa  _ncp

như vậy _nthoả mãn điều kiện về ứng suất nén dọc trục.

19

§å ¸n m«n häc: thiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p

IV. Tính toán cuối cùng về hệ thống mạch từ

1. Chọn kết cấu lõi thép

Ta chọn kết cấu lõi thép kiểu 3 pha năm trụ, có 4 mỗi nối nghiêng ở 4 góc, lá

thép xen kẽ, lá thép là loại tôn cán lạnh 3405 có chiều dày 0,35 mm ưu điểm của

loại thép kĩ thuật điện này là suất tổn hao trong lõi thép nhỏ, công suất từ hoá

nhỏ, độ từ thẩm theo chiều cán lớn nên có thể làm giảm tổn hao sắt của m.b.a..

Trụ ép bằng băng đai thuỷ tinh không có tấm sắt đệm. Gông ép bằng xà ép gông,

Kích thước tập lá thép như hình vẽ, như trên đã chọn tiết diện trụ có 8 bậc và tiết

diện gông có 5 bậc, ta có bảng tổng hợp kết quả tính toán trụ và gông như sau:

Thứ tự lá thép

Trụ

Gông

1

2

3

4

5

6

15,36x2,24

14,08x1,575

12,48x1,19

10,08x1,225

7,52x0,84

4,48x0,595

15,36x2,24

14,08x1,575

12,48x1,19

10,08x1,225

7,52x0,84

2. Tổng chiều dày các lá thép của tiết diện trụ (hoặc gông)

b_T= 2.( 2,24 + 1,575 + 1,19 + 1,225 + 0,84 + 0,595 )

= 15,33 cm

3. Tổng tiết diện các bậc trong trụ

Theo công thức 13-94

S_bT= 2.a_T.b_T

=2.(15,36.2,24+14,08.1,575+1,19.12,48+10,08.1,225+7,52.0.84

+

4.48.0,595)

= 185,53 cm²

4. Tiết diện có ích của trụ

S_T= S_bT.kc

k_Chệ số ép chặt, ở đây ta lấy k_C= 0,98

S_T= 0,98.185,53 = 181,82 cm²

5. Tiết diện bậc thang của gông

20

§å ¸n m«n häc: thiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p

Theo công thức 13-95

S’_G= k_G.S_bT

k_G= 1,02

S’_G= 1,02.185,53 =189,24 cm²

6. Tiết diện có ích của gông

S_G= k_C.S_G’

= 0,98.189,24 = 185,46 cm²

7. Chiều dày gông, ta lấy chiều dày gông bằng chiều dày trụ, tức là bằng tổng

chiều dày các lá thép của tiết diện trụ.

b_G= b_T= 15,33 cm

8. Tổng số lá thép trong trụ và gông

theo công thức 13-96

b_T

n₁=

;

_T

_Tlà chiều dày mỗi lá thép, _T= 0,35 mm thay vào biểu thức trên

b_T

153,3

n₁=

=

= 438 lá thép

_T

0,35

9. Chiều cao trụ sắt

theo công thức 13-99

l_T= l + l₀+ l₀’

l là chiều cao dây quấn, l = 39,95 cm

l₀là khoảng cách từ gông trên

l₀’ là khoảng cách từ dây quấn đến gông dưới

Ta lấy

l₀= l₀’ = 4cm

l_T= 39,95 + 2.4 = 47,95 cm

10. Khoảng cách giữa hai tâm trụ

theo công thức 13-100

C = D₂” + a₂₂

D₂” là đường kính ngoài cuộn cao áp, D₂”=30,21 cm

a₂₂là khoảng cách giữa 2 cuộn cao áp, a₂₂=2,2 cm

C = 30,21+2,2 =32,41 cm

Lấy tròn C = 32,5 cm

11. Trọng lượng sắt góc mạch từ chung cho gông và trụ

theo công thức 13-101

G _g= 2.k_C. _Fe.10^-6.(a_iT.a_iG.b_iT)

21

§å ¸n m«n häc: thiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p

= 2.0,98.7650.10^-6.(15,36.15,36.2,24+14,08.14,08.1,575+

+12,48.12,48.1,19+10,08.10,08.1,225+7,52.7,52.0,84+4,48.7,52.0,595)

= 18,26 kg

12. Trọng lượng sắt trong gông

Theo công thức 13-102

G_G=

G_G’ + G_G”

- G_G’ là trọng lượng phần thẳng nằm giữa hai trụ biên,

theo 13-102a

G_G’ = 2.(t-1).C.S_G._Fe.10^-6

_Fetrọng lượng riêng của thép, _Fe=7650 kg/m³

G_G’ = 2.(3-1).32,5.185,46.7650.10^-6= 184,44 kg

- G_G” là trọng lượng phần gông ở các góc

theo công thức 13-102b

G_g

G_G” = 4.

= 2.G_g

2

= 2.18,26 = 36,52 kg

vậy trọng lượng của gông là

G_G=

G_G’ + G_G”

= 184,44 + 36,52 = 220,96 kg

13. Trọng lượng sắt trong trụ là

theo công thức 13-103

G_T= G_T’ + G_T”

Trong đó

- G_T’ là trọng lượng phần trụ nằm trong chiều cao cửa sổ mạch từ

theo công thức 13-103a

G_T’ = t.l_T.S_T._Fe.10^-6

= 3.47,95.181,82.7650.10^-6

= 200 kg

- G_T” là trọng lượng phần trụ nối với gông

theo công thức 13-103b

G_T” = t.(a_1G.S_T._Fe.10^-6– G_g)

= 3.(15,36.181,82.7650.10^-6- 18,26)

= 9,31 kg

Vậy trọng lượng của sắt trong trụ là:

G_T= G_T’ + G_T”

= 200 + 9,31 =209,3 kg

14. Trọng lượng sắt toàn bộ trong trụ và gông

G_Fe= G_G+ G_T

22

§å ¸n m«n häc: thiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p

= 220,96 + 209,3 = 430,26 kg

V. Tính tổn hao không tải và dòng điện không tải

1. Lõi thép làm bằng tôn silíc mã hiệu 3405, dày 0,35 mm, hệ số tự cảm trong

trụ và gông là:

- Hệ số tự cảm trong trụ

u_v

B_T=

4,44.f.S_T

6,42

4,44.50.181,82.10^4

=

= 1,59 T

- Hệ số tự cảm trong gông là

u_v

B_T=

4,44.f.S_G

6,42

4,44.50.185,46.10^4

=

=1,56 T

2. Theo bảng V.13 với tôn 3405, dày 0,35 mm ta tra được các suất tổn hao sắt

tương ứng

B_T= 1,59 T  p_T= 1,135 W/kg, p_kT= 0,0375 W/cm²

B_G= 1,56 T  p_G= 1,074 W/kg, p_kG= 0,0375 W/cm²

Hệ số từ cảm trong rãnh nghiêng là

B_T

1,59

B_kn=



= 1,124 T

2

Với B_knta tra được p_kn= 0,0333W/cm²

3. Các hệ số xét đến sự gia tăng tổn hao trong gông và trụ.

Kết cấu mạch từ đã chọn là mạch từ phẳng nối nghiêng ở 4 góc, trụ giữa nối

thẳng, lõi sắt không đột lỗ, tôn có ủ sau khi cắt, có khử bavia, từ đó tra được các

hệ số:

- k₁’ hệ số gia tăng tổn hao và công suất từ hoá ở gông dô hình dáng tiết

diện gông ảnh hưởng đến sự phân bố từ cảm trong trụ và gông, vì số

bậc thang của trụ và gông gần bằng nhau (n_G= 5, n_T= 5) nên lấy k₁’ =

1.

23

§å ¸n m«n häc: thiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p

- k₂’ là hệ số do tháo lắp gông để lồng dây vào trụ làm chất lượng lá thép

giảm xuống, với công suất máy 250 kVA ta lấy k₂’ = 1,01.

- k₃’ là hệ số do ép trụ để đai, hệ số này phụ thuộc vào công suất máy,

với công suất máy 250 kVA ta lấy k₃’ = 1,02.

- k₄’ là hệ số do cắt dập lá tôn thành tấm, với tôn có ủ k₄’ =1

- k₅’ là hệ số do việc xử lý bavia, tôn có ủ lại, có khử bavia, lấy k₅’=1

- k₆’ là hệ số xét đến các góc nối của mạch từ , tra phụ lục XVIII ta được

k₆’ = 10,45.

4. Tổn hao không tải

p_T p_G

P₀= k₄’.k₅’.[ p_T.G_T+ p_G.(G_G’ - 4G_g) +

.k^'₆.G_g

+

2

p_K.n_K.S_K].k₁’.k₂’.k₃’

Thay số vào biểu thức:

1,135 1,074

P₀=1.1.[1,135.209,31+1,074.(184,44– 4.18,26)+

.10,45.18,26 +

2

4.0,0333.257,13+1.181,82.0,06375+2.185,46.0,0615]

= 655,8 W

Độ sai lệch so với thông số đã cho là:

655,8  610

610

 =

.100% = 7,52 %

4. Theo bảng V.13 với tôn 3405, dày 0,35 mm ta tra được các suất từ hoá

tương ứng

B_T= 1,59 T  q_T= 1,564 W/kg, q_kT= 2,28 W/cm²

B_G= 1,56 T  q_G= 1,447 W/kg, q_kG= 2,07 W/cm²

Hệ số từ cảm trong rãnh nghiêng là

B_T

1,59

B_kn=



= 1,124 T

2

Với B_knta tra được q_kn= 0,142W/cm²

5. Các hệ số xét đến sự gia tăng công suất từ hóa trong gông và trụ.

Đối với kết cấu lõi thép và công nghệ chế tạo mạch từ có ủ lá tôn sau khi cắt

dập ta tra được các hệ số sau:

- k₁” hệ số gia tăng công suất từ hoá ở gông do hình dáng tiết diện gông

ảnh hưởng đến sự phân bố từ cảm trong trụ và gông, vì số bậc thang

của trụ và gông gần bằng nhau (n_G= 5, n_T= 5) nên lấy k₁” = 1.

- k₂” là hệ số do tháo lắp gông để lồng dây vào trụ làm chất lượng lá thép

giảm xuống, với công suất máy 250 kVA ta lấy k₂” = 1,01.

24

§å ¸n m«n häc: thiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p

- k₃” là hệ số do ép trụ để đai, hệ số này phụ thuộc vào công suất máy,

với công suất máy 250 kVA ta lấy k₃” = 1,02.

- k₄” là hệ số do cắt dập lá tôn thành tấm, với tôn có ủ k₄” =1,18

- k₅” là hệ số do việc xử lý bavia, tôn có ủ lại, có khử bavia, lấy k₅”=1

- k₆” là hệ số xét đến các góc nối của mạch từ , tra phụ lục XVIII ta

được k₆” = 41,775.

6. Công suất từ hoá không tải:

Theo công thức 13-106 ta có

q_T q_G

Q₀= {k₄”.k₅”.[ q_T.G_T+ q_G.(G_G’ - 4G_g) +

.k^"₆.G_g]

+

2

q_K.n_K.S_K}.k₁”k₂”.k₃”

Thay số vào biểu thức trên

Q₀= {1,18.1.[ 1,564.209,31 + 1,447.(184,44 – 4.18,26) +

1,564 1,447

.1,41.41,775.18,26 ]+ 4.0,142.257,13+1.2,28.181,82

+

2

2.2,07.185,46}.1.1,01.1,02

= 3954,54 Var

7. Thành phần tác dụng của dòng điện không tải

Theo công thức 13-105

P₀

i_or% =

10.S_P

655,8

=

= 0,262 %

10.250

8. Thành phần phản kháng của dòng điện không tải

Theo công thức 13-107

Q₀

i_ox% =

10.S_P

3954,54

=

= 1,582 %

10.250

9. Trị số dòng điện không tải

I_o= i²_or i²_ox

=

0,262²1,582²= 1,6 % < 2%

như vậy trị số dòng không tải thoả mãn điều kiện đặt ra của đề bài

25

§å ¸n m«n häc: thiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p

10. Hiệu suất của máy biến áp lúc tải định mức, cos  = 1

theo công thức 13-109

P₀ P_n

 = (1

)

S_P P₀ P_n

655,8  4284,39

250.10³ 655,8  4284,39

= ( 1

) = 98,06%

VI. Tính toán nhiệt:

A. Tính toán nhiệt của dây quấn

1. Nhiệt độ chênh trong lòng dây quấn với mặt ngoài của nó

- Dây quấn hạ áp, tiết diện dây chữ nhật

Hình vẽ sơ đồ dây quấn hạ áp

Theo công thức 13-110 có

q.

_cd

₀₁=

trong đó

+ q: Mật độ dòng nhiệt trên bề mặt dây quấn

Với dây quấn ống kép không có rãnh dẫn dầu ở giữa, theo công thức

13-110a

26

§å ¸n m«n häc: thiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p

107 a

a^'

q = 2.

b .J².k_f

k_K

.k_Klà hệ số che kín mặt ngoài của dây quấn, lấy k_K= 0,75

.b là chiều cao trần của mỗi sợi chập, như trên đã chọn b=20mm=2

cm.

.a là chiều rộng của mỗi sợi chập, a = 4,1 mm

.a’ là chiều rộng kể cả cách điện của mỗi sợi chập,

. J là mật độ dòng hạ áp, J =2,27 A/mm²

.k_flà hệ số tổn hao phụ, đã tính ở trên k_f=1,033

107 4,1

a= 4,6mm

q = 2.

2

.2,27².1,033

0,75 4,6

= 2707,45 W/m²

+ _cđlà hệ số dẫn nhiệt của lớp cách điện, cách điện giữa các lớp là bìa nên ta

lấy _cđ= 0,25 W/m.⁰C

+ là chiều dày cách điện một phía,  = 0,25 mm =0,025 cm

thay số vào biểu thức

q.

_cd

₀₁=

2707,45.0,25.10^3

₀₁=

=2,71 ⁰C

0,25

- Dây quấn cao áp, tiết diện dây tròn

Hình vẽ sơ đồ dây quấn cao áp

Kiểu dây dẫn cao áp là kiểu hình ống nhiều lớp không có rãnh dầu ngang ở

giữa, có rãnh dầu dọc đối với ống cách điện, theo công thức 13-110c

p.a²

₀₂=

8._tb

Trong đó

+a₂là chiều dày của dây quấn cao áp, a = a₂= 3, 48 cm

27

§å ¸n m«n häc: thiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p

+p là tổn hao trong một đơn vị thể tích của dây quấn, theo công thức 13-112

có

J².d²

p = 1,68

.10^-8

(d_c®+ ₁)

. d, d_cđlà đường kính trần và đường kính có bọc cách điện của dây dẫn

tròn,

d= 2,36 mm = 2,36.10^-3m

d_cđ= 2,46 mm = 2,46.10^-3m

. ₁là chiều dày tấm cách điện, ₁= 8 mm

. J là mật độ dòng điện của dây quấn cao áp, J = 2,62 A/mm²=2,62.10⁶A/

m².

vậy:

J².d²

p = 1,68

.10^-8

(d_c®+ ₁).d_c®

(2,62.10⁶)².(2,36.10^-3)²

=

1,68

.10^-8

3

(2,46.10^-3+ 4.10 ).2,46.10^-3

=4,04.10⁴W/m³

+ _tbsuất dẫn nhiệt trung bình của dây quấn không kể cách điện giữa các lớp.

Theo công thức 13-113

₁..(d_®+ ₁)

.₁+ ₁.d_c®

_tb=

.₁là suất dẫn nhiệt giứa các lớp dây, ₁=0,25 W/ m.⁰C

. là suất dẫn nhiệt bình quân quy ước của dây quấn

_c®

có  =

0,7. 

trong đó

d_c®- d

 =

d

2,46 - 2,36

=

=0,042

2,36

_cđsuất dẫn nhiệt của các vật liệu cách điện vòng

dây,_cđ

=0,17W/ m.⁰C

0,17

 =

= 1,73 W/m.⁰C

0,7. 0,042

vây giá trị _tb

28

§å ¸n m«n häc: thiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p

1,73.0,25.(2,46.10^-3+ 4.10 )

1,73.4.10^-3+ 0,25.2,46.10^-3

3

_tb=

= 0,38 W/m.⁰C

Thay các giá trị p, _tbđã tính vào biểu thức ₀₂được

p.a²

₀₂=

8._tb

4,04.10⁴.(3,48.10^-2)²

=

8.0,38

= 16,1 ⁰C

2. Nhiệt độ chênh của của mặt ngoài dây quấn đối với dầu

theo công thức 13-114, với dây quấn hình ống không có rãnh dầu ngang

_0d= k.q^0,6

Trong đó

. q là mật độ dòng nhiệt trên bề mặt dây quấn

. k là hệ số tỉ lệ, ở đây ta lấy k = 0,285

- Dây quấn hạ áp:

đã tính được q₁= 2707,45 W/ m²thay vào biểu thức trên ta được

_0d1= 0,285. 2707,45^0,6= 32,69 ⁰C

- Dây dẫn cao áp

Ta phải tính q₂có bề mặt toả nhiệt cuả dây quấn cao áp

M₂= 1,5.t. k..(D₂’+D₂”).l₂

Trong đó: t số trụ tác dụng, t=3.

k là hệ số kể đến sự che khuất, ở đây ta lấy k = 0,88

M₂= 1,5.3.0,88..( 22,24+ 30,21).39,95.10^-4

= 2,61 m²

Mặt khác theo công thức

P_n.k_f

q =

M

vậy

P_n2.k_f2

q₂=

M₂

P_n2.k_f2

M₂=

q₂

3048.1,0048

=

= 1173,42 W/m²

2,61

Thay q₂vào biểu thức tính _0dta được

29

§å ¸n m«n häc: thiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p

_0d2= 0,285. 1173,42^0,6= 19,8 ⁰C

3. Nhiệt chênh trung bình của dây quấn đối với dầu



_0dtb= ₀+ _d

- Với dây quấn hạ áp

_0dtb1= ₀₁+ _0d1

= 2,71 + 32,69 = 35,4⁰C

- Với dây quấn cao áp

_0dtb2= ₀₂+ _0d2

= 16,1 + 19,8 = 35,9⁰C



B. Tính toán nhiệt thùng dầu

1. Chọn loại thùng dầu

Vì công suất trên mỗi trụ của máy biến áp là 83,33 kVA nên theo bảng ta

chọn thùng dầu là kiểu thùng có gắn ống tản nhiệt do nó có ưu điểm là hệ số toả

nhiệt cao, ít tốn nguyên liệu hơn so với thùng có gắn ống phẳng.

2. Chọn các khoảng cách cách điện từ dây dẫn ra đến vách thùng, đến xà ép

gông trên được xác định như sau:

- s₁là khoảng cách đến vách thùng cho dây dẫn ra cao áp có U_thn2

20kV, theo bảng XIV.6 chọn s₁= 20 mm = 2cm.

=

- s₂là khoảng cách đến xà ép gông cho dây dẫn ra hạ áp có U_thn1= 5kV

ta tra bảng XIV.6 chọn s₂= 15 mm = 1,5 cm.

- s₃là khoảng cách từ dây dẫn ra có bọc cách điện hay không bọc cách

điện của dây quấn hạ áp đến dây cao áp với U_thn1=5kV theo bảng

XIV.6 ta chọn s₃= 35 mm = 2,5 cm.

- s₄là khoảng cách từ dây dẫn ra của dây quấn hạ áp đến vách thùng, với

U_thn1=5kV theo bảng XIV.7 ta chọn s₄= 25 mm = 2,5 cm.

- d₁là đường kính dây dẫn ra có bọc cách điện của dây quấn cao áp, với

U_thn2=20kV theo bảng XIV.7 ta chọn d₂=25mm =2,5cm.

- d₁là đường kính dây dẫn ra có bọc cách điện của dây quấn hạ áp, với

U_thn1=5kV theo bảng XIV.7 ta chọn d₁=10mm =1cm.

3. Chiều rộng tối thiểu của thùng dầu

Theo hình vẽ sơ lược thùng dầu:

B = D₂” + s₁+ s₂+ d₁+ s₃+ s₄

= 29,2 + 2 +1,5+2,5+2,5+2+1

= 40,7 cm

Ta chọn B = 45 cm =0,45 m

30