Nội dung

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 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 A0. Bản vẽ quấn dây và sơ đồ nối dây A0. Bản vẽ mạch từ lắp ráp A0. Kết luận. Các tài liệu tham khảo . Mục lục. Hà nội, ngày 14 tháng 03 năm 2005 Sinh viên thực hiện 1 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 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 lớn 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 tăng 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 những 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 điện lực thường gấp ba, bốn lần công suất của trạm phát điện. 2 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 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 thật 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 điện 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 nối 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 . + U1 : Điện áp sơ cấp . + I1 : Dòng điện qua cuộn sơ cấp . + P1 : Công suất sơ cấp . + Wl : Số vòng dây cuộn sơ cấp . Các đại lượng và thông số của đầu thứ cấp . + Ul : Điện áp thứ cấp . + I1 : Dòng điện qua cuộn thứ cấp . 3 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP + P1 : Công suất thứ cấp . + Wl : 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 Ulđm là điện áp qui định cho dây quấn sơ cấp. Điện áp thứ cấp định mức kí hiệu U2đm 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 điện 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 Sđm , đơn vị là VA, KVA . Đối với MBA 1 pha công suất định mức là : Sđm = U2d.I2đm = U1đm. I1đm Đối với MBA 3 pha công suất định mức là : Sđm = 3.U 2dm .I 2 dm = 3U1dm .I1dm IV. CÔNG DỤNG CỦA MBA 4 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 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 biến 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 cần 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 cấp 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 những 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 tới hàng trăm hàng nghìn km 5 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 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= U2/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 tăng 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 tới 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 hiện 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. 6 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 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 điện 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 một 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 chỉnh 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 7 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 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. Sf = S 6300 = = 2100( KVA) 3 3 Dung lượng 1 trụ: Str = S 6300 = = 2100( KVA) 3 3 2. Dòng điện dây định mức: - Phía cao áp : I1f = Sdm 6300.10 3 = = 165,3( A) 3U 1 dm 3.22000 - PHía hạ áp : I2 = Sdm 6300.10 3 = = 377,35( A) 3U 2 dm 3.6300 3. Dòng điện pha định mức. - Phía cao áp nối Y: I1f = I1 = 165,3 (A) - Phía hạ áp nối Δ: U2f= I2 3 = 333,33( A) 4. Điện áp pha định mức: - Phía cao áp nối Y: U1f = U1 3 = 22000 3 = 12701,7(V ) - Phía hạ áp nối Δ: U2f = U2 = 6300 (V) 8 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 5. Điện áp thử dây quấn ( tra bảng 14 -5 tài liệu 1). Ut1 = 50 (kV) ; Ut2 = 20 (kV) II. CHỌN CÁC SỐ LIỆU XUẤT PHÁT VÀ TÍNH TOÁN KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU. 1.Với Ut1 = 50 (QV) Tra bảng 14 – 2 tài liệu1. Có : Δ = 18 (mm) δ12 = 4 (mm) *Theo công thức (20-13a) TL1 có : Δ1 + Δ2 = K. 4 S t Chọn K = 2 ⇒ Δ1 + Δ2 = 2 4 2100 = 13,5 (cm) * Chiều rộng quy đổi từ trường tản. bc = Δ + Δ1 + Δ 2 = 18 + 45,1 = 63,1 (mm) 3 2. Hệ số quy đổi từ trường tản: Kr = 0,95 3. Thành phần điện áp tác dụng của điện áp ngắn mạch Unr% = P1 48000 = = 0,76% 10 sdm 10.6300 Thành phần phản kháng của điện áp ngắn mạch. Un % = U r2 % − U nr2 % = 7,5 2 − 0,76 2 = 7,46% 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 9 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP sắt lớn. Mặt khác lõi sắt cũng là nơi mà trên đó gắn nhiều bộ phận khác nữa như: dây quấn, giá đỡ dây dẫn ra, đối với một số MBA còn gắn cả nắp máy để có thể nâng cẩu toàn bộ lõi sắt ra khỏi vỏ khi sửa chữa. Hơn thế nữa lõi sắt còn có thể chịu được lực cơ học lớn khi bị ngắn mạch dây quấn. Để các yêu cầu đối với mạch từ như trên được thoả mãn thì việc chọn loại tôn silic như thế nào là rất quan trọng, với silic có độ dày bao nhiêu, thành phần silic bao nhiêu là được. Khi tôn silic có thành phần silic trong lá tôn sẽ bị dòn, đàn hồi kém đi. ở đây ta chọn loại tôn cán lạnh là vì loại tôn này có ưu điểm vượt trội về khả năng dẫn từ và giảm hao mòn so với tôn cán mỏng. Tôn cán lạnh là loại tôn có vị trí sắp xếp các tinh thể gần như không đổi và có tính dẫn từ không đẳng hướng, do đó suất tổn hao giảm 2 đến 2,5 lần so với tôn cán nóng. Độ từ thẩm thay đổi rất ít theo thời gian dùng tôn cán lạnh cho phép tăng cường độ từ cảm trong lõi thép lên tới ( 1,6 -> 1,65)T trong khi đó tôn cán nóng chỉ là (1,4 -> 1,45)T từ đó giảm được tổn hao trong máy, giảm được trọng lượng kích thước máy đặc biệt là rút bớt được đáng kể chiều cao của MBA, rất thuận lợi cho việc chuyên chở. Tuy nhiên giá t hành tôn cán lạnh có hơi cao nhưng do việc giảm được tổn hao và trọng lượng nên người ta tính rằng vẫn kinh té hơn những loại MBA được chế tạo bởi tôn cán nóng. lại định hướng ban đầu. Các lá thép kỹ thuật điện sau đó được sơn phủ cách điện mặt ngoài trước khi ghép chúng 2 Tra bảng 44-4 (tài liệu 1) chọn tôn cán lạnh mã hiệu 3406 dày 0,35mm chọn BT = 1,65. Chọn sơ bộ số bậc của trụ là 8 bậc theo bảng 10 -2 TL1 tiết diện gông có 3 cấp với Kg = 1,03. ⇒ Bg = 1,65 = 1,6(T ) 1,03 Hệ số chèn kín Kp = 0,936 hệ số điện dày 0,91 hệ số lợi dụng lõi thép Kcd = 0,93. 0,91 = ≈ 0,85. 4. Suất tổn hao trụ và gông. Tra bảng 44- 4 TL1 10