ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Đề tài TÍNH TOÁN VÀ THI CÔNG MÁY BIẾN ÁP CÁCH LY BA PHA SINH VIÊN NGÔ QUỐC ANH HÀO MSSV 15010701 PHAN NHỰT NAM MSSV 15011431 PHAN CẢNH CHÍ MSSV 15009931 NGUYỄN HOÀNG HUY MSSV 15038631 LÊ CAO CƯỜNG THỊNH MSSV 15020081 GVHD THS PHẠM ÁI QUỐC TP HCM, Ngày 3 tháng 6 năm 2019 i TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 1 Họ và tên sinh viên nhóm sinh viên được giao đề tài (1) Phan.
Trang 1ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
Đề tài:
TÍNH TOÁN VÀ THI CÔNG MÁY BIẾN ÁP
CÁCH LY BA PHA
SINH VIÊN: NGÔ QUỐC ANH HÀO MSSV: 15010701
GVHD: THS PHẠM ÁI QUỐC
Trang 2TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM
KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN
PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
1 Họ và tên sinh viên/ nhóm sinh viên được giao đề tài
(1): Phan Nhựt Nam MSSV: 15011431
(2): Ngô Quốc Anh Hào MSSV: 15010701
(3): Phan Cảnh Chí MSSV: 15009931
(4): Nguyễn Hoàng Huy MSSV: 15038631
(5): Lê Cao Cường Thịnh MSSV: 15020081
2 Tên đề tài
TÍNH TOÁN VÀ THI CÔNG MÁY BIẾN ÁP CÁCH LY 3 PHA CÔNG SUẤT 2KVA; ĐIỆN ÁP Y / Y - 380V / 220V / 127V
3 Nhiệm vụ (Nội dung và số liệu ban đầu)
Tính toán ban đầu:
- Xác định tiết diện của lõi thép
- Xác định điện áp không tải phía thứ cấp
- Xác định số vòng dây quấn sơ cấp và thứ cấp
- Xác định đường kính dây quấn sơ cấp và thứ cấp
Thử nghiệm:
- Đo các thông số MBA và đối chiếu so sánh với các tiêu chuẩn
Điều chỉnh:
- Điều chỉnh các thông số MBA
- Kiểm tra kết quả phù hợp với các tiêu chuẩn
4 Kết quả dự kiến (Trình bày tóm tắt kết quả dự kiến đạt được)
- Điện áp đầu vào U1 = 380V
- Điện áp đầu ra U2 = 220V / 127V
Trang 3- Dòng không tải I0 ≤ 10% Iđm
Giảng viên hướng dẫn Tp HCM, ngày tháng năm 20…
Sinh viên
Trang 4NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
Trang 5MỤC LỤC
PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP i
NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN iii
MỤC LỤC iv
DANH SÁCH CÁC HÌNH vi
DANH SÁCH CÁC BẢNG ix
LỜI MỞ ĐẦU x
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MÁY BIẾN ÁP 1
1.1 Vài nét khái quát về máy biến áp 1
1.2 Định nghĩa về máy biến áp 2
1.3 Các đại lượng định mức 3
1.3.1 Điện áp định mức 3
1.3.2 Dòng điện định mức 3
1.3.3 Công suất định mức 3
1.4 Công dụng của máy biến áp 4
1.5 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy biến áp 4
1.5.1 Cấu tạo: 4
1.5.2 Nguyên lí làm việc: 6
CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY BIẾN ÁP 3 PHA CÔNG SUẤT NHỎ 9
2.1 Tính toán theo yêu cầu đề ra ban đầu 9
2.2 Tính toán thông qua số liệu thực tế đo được 12
2.2.1 Nhiệm vụ đo đạt thực tế 12
2.2.2 Tính toán lại thông qua số liệu đo đạt 13
Trang 62.3 Tính khối lượng dây đồng quấn máy biến áp 15
2.4 Vẽ sơ đồ đấu dây cho cuộn dây máy biến áp 19
2.5 Xác định vật tư cần chuẩn bị 20
CHƯƠNG 3 QUÁ TRÌNH THỰC HIỆN 25
3.1 Quá trình quấn dây và ghép lõi thép 25
3.1.1 Bước 1 : Lắp ráp lõi gỗ và khuông quấn dây vào máy quấn 25
3.1.2 Bước 2 : Giữ các đầu dây ra trước khi bắt đầu quấn dây sơ cấp 27
3.1.3 Bước 3 : Lót giấy cách điện giữa các lớp dây quấn 31
3.1.4 Bước 4 : Gút giữ đầu ra dây khi hoàng tất cuộn dây 34
3.1.5 Bước 5 : Làm vỏ ngoài cho cuộn dây quấn 36
3.1.6 Bước 6 : Ghép lá thép vào cuộn dây quấn 36
3.1.7 Bước 7 : Ra dây theo kiểu nữa cứng 38
3.1.8 Bước 8 : Quét Vecni cách điện vào biến áp 40
3.2 Đặt máy biến áp vào thùng biến áp 41
3.3 Những vấn đề xảy ra trong quá trình thực hiện và cách khắc phục 44
3.4 Các thông số đo đạt của máy biến áp 45
3.4.1 Độ sụt áp phần trăm của máy biến áp 47
3.4.2 Hiệu suất truyền tải của máy biến áp 47
CHƯƠNG 4: TỔNG KẾT 49
4.1 Kết quả đạt được 49
4.2 Những điều mới học được qua quá trình làm đồ án: 49
4.3 Kết luận: 50
TÀI LIỆU THAM KHẢO 51
Lời cảm ơn 52
Trang 7DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 1.1 Sơ đồ truyền tải điện năng 1
Hình 1.2 Cấu tạo máy biến áp 2
Hình 1.3 Lõi thép máy biến áp 5
Hình 1.4 Dây quấn MBA 6
Hình 1.5 Nguyên lý làm việc của máy biến áp 6
Hình 2.1: Bước đo đạt dòng không tải I0 13
Hình 2.2 Dòng không tải I0 của máy biến áp (ở than đo mA) 13
Hình 2.3 : Sơ đồ biến áp cách ly có thứ cấp hai cấp điện áp 19
Hình 2.4 : Sơ đồ đấu dây biến áp theo kiểu Y/Y 20
Hình 2.5 Các lá thép hình dạng E, I 21
Hình 2.6 Dây đồng tráng men cách điện 21
Hình 2.7 Giấy cách điện 22
Hình 2.8 Ống gen cách điện 22
Hình 2.9 Đồng hồ số VOM 22
Hình 2.10 Đồng hồ ampe kìm 23
Hình 2.11 Bộ đồ nghề kỹ thuật điện 23
Hình 2.12 Búa cao su 24
Hình 2.13 Khuôn quấn dây nhựa 24
Hình 3.1 Lắp đặt máy quấn dây 25
Hình 3.2 Khuôn quấn dây sau khi lắp ghép trên máy quấn 25
Hình 3.3 Vị trí bắt đầu quấn dây sau khi lắp khuôn quấn dây 26
Hình 3.4 Khuôn dây quấn sau khi lắp vào máy quấn 26
Trang 8Hình 3.5 Phương pháp giữ đầu ra, lúc bắt đầu quấn cuộn dây biến áp 27
Hình 3.6 Vị trí các đầu ra khi cuộn dây có giá trị lẻ 28
Hình 3.7 Vị trí các đầu ra dây khi số lớp của cuộn dây có giá trị lẻ, sau khi hiệu chỉnh vòng dây đầu tiên để các đầu dây ra xếp cùng phía 29
Hình 3.8 Phương pháp quấn dây và giữ đầu dây ra 30
Hình 3.9 Búa nhựa dùng để gò dây quấn 31
Hình 3.10 Tiến hành quấn cuộn sơ cấp 31
Hình 3.11 Phương pháp lót giấy cách điện 32
Hình 3.12 Đo đạt và cắt lớp giấy lót cách điện 33
Hình 3.13 thực hiện lót giấy cách điện 33
Hình 3.14 Hoàn thành lớp thứ hai 34
Hình 3.15 Phương pháp dùng băng vải hay băng giấy rút giữ đầu ra dây 35
Hinh 3.16 Ra dây cuộn sơ cấp 35
Hình 3.17 Bọc lớp giấy dày bênh ngoài cuộn dây quấn 36
Hình 3.18 Chuẩn bị cho công đoạn ghép lõi thép 37
Hình 3.19 Đo đạc kiểm tra lại hệ số biến áp 38
Hình 3.20 Mối nối khi ra dây kiểu nửa cứng 39
Hình 3.21 Phương pháp nối và che mối nối dây 39
Hình 3.22 Rót vecni vào cuộn dây quấn 40
Hình 3.23 Chờ cho vecni cách điện khô 40
Hình 3.24 Thùng máy biến áp được mở ra để đặt máy biến áp vào 41
Hình 3.25 Đấu nối đầu ra cho máy biến áp 42
Hình 3.26 Sắp xếp và cố định dây trong thùng biến áp 42
Hình 3.27 Lắp ráp hoàn thiện thùng biến áp 43
Hình 3.28 Sản phẩm máy biến áp sau khi đã hoàn chỉnh 43
Trang 9Hình 3.29 Dấu đèn sợi đốt vào đầu ra máy biến áp 45
Hình 3.30 Diện áp ba pha đầu vào (INPUT) 45
Hình 3.31 Điện áp ba pha đầu ra (OUTPUT) 46
Hình 3.32 Dòng điện phía sơ cấp 46
Hình 3.33 Dòng điện phía thứ cấp 46
Hình 3.34 Điện áp đầu ra không tải 47
Trang 10DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 2.1: Hệ số lắp ghép lá thép Kf 9
Bảng 2.2: Quan hệ giữa hệ số Ch và S2 10
Bảng 2.3: quan hệ giữa hiệu suất η và S2 11
Bảng 2.4: Quan hệ giữa mật độ dòng điện J (A/mm2) 12
Bảng 3.1 Tiêu chuẩn độ sụt áp của MBA theo S2 (theo Schindler) 47
Bảng 3.2 Tiêu chuẩn hiệu suất của máy biến áp (theo Elektuknik und Machinenbau) 48
Trang 11LỜI MỞ ĐẦU
Thế giới đang phát triển không ngừng, cùng với đó là nhu cầu sử dụng năng lượng cũng tăng lên đặc biệt là điện năng Để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người sử dụng, ngành điện đã và đang có những bước phát triển về kỹ thuật và công nghệ để nâng cao cả về sản lượng và chất lượng điện năng Bất kỳ nhà máy điện hay trạm biến áp nào đều cần có một hoặc nhiều máy biến áp để phục vụ công tác truyền tải và cung cấp điện Những công ti, xí nghiệp, trường đại học, đâu đâu chúng ta cũng nhìn thấy những máy biến áp hoạt động Từ những máy biến áp dầu với công suất được tính bằng megawatt được sử dụng trong các nhà máy điện lớn, hay những máy biến áp vài trăm nhìn kilowatt được dùng trong các trạm biến áp dọc theo đường dây truyền tải cho đến các máy biến áp công suất nhỏ được dùng trong các phòng thí nghiệm Tuy cấu tạo và công suất khác nhau., song chúng đều vận hành dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ và sử dụng cho cùng mục đích là biến đổi điện áp cho phù hợp với tính chất công việc Môn học đồ án lần này chúng em sẽ thực hiện tính toán và thi công máy biến áp 3 pha cách ly nối Y/Y với các cấp điện áp 380V/220V/127V công suất 2kVA Chúng em chọn đề tài này nhàm mục đích tìm hiểu chi tiết cấu tạo, nguyên lý hoạt động cũng như cách tạo ra một máy biến áp
3 pha cách ly hoàn chỉnh và có thể vận hành đáng tin cậy Chúng em hi vọng với những kiến thức nền tảng này sẽ giúp ích cho công việc tương lai sau khi ra trường của mình
Trang 12CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MÁY BIẾN ÁP
1.1 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 nếu khoảng cách giữa nơi sản xuất và nơi tiêu thụ điện lớn, một vấn đề 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 kỹ thuật
Hình 1.1 Sơ đồ truyền tải điện năng Như ta đã biết, cùng một công suất truyền tải trên đướng 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, đồng thời tổn hao năng lượng
và chi phí dây dẫn sẽ giảm xuống, đồng thời tổn hao năng lượng trên đường dây cũng sẽ giảm xuống Vì thế,muốn truyền tải công suất đi xa, ít tổn hao và tiết kiệm kim loại màu trên đường dây người ta phải dùng điện áp cao, dẫn điện bằng các đường dây cao thế, thường là 35, 110, 220 và 500KV 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 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 hoặc tối đa lên đến 6KV, do đó trước khi sử dụng điện năng ở đây cần phải có thiết bị giảm điện áp xuống Những thiết bị dùng 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
Trang 13máy 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 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 đang thực sự có một chỗ đứng trong việc đápứng phục vụ cho công cuộc công nghiệp hiện đại hóa nước nhà Hiện nay chúng ta đang sản xuất được những MBA có dung lượng 63000KVA với điện áp 110 KV
1.2 Định nghĩa về máy biến áp
Máy biến áp là một thiết bị điện tử đứng yên, làm việc dựa 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 khác, với tần số không thay đổi Đầu vào của máy MBA được nói với nguồn điện, gọi là sơ cấp Đầu ra của MBA được nối với tải gọi là thứ cấp Khi điện
áp đầu ra thứ cấp lớn hơn điện áp đầu vào sơ cấp ta có MBA tăng áp Khi điện áp đầu ra thứ cấp nhỏ hơn điện áp vào sơ cấp ta có MBA hạ áp
Hình 1.2 Cấu tạo máy biến áp
Trang 14 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
- W1: Số vòng dây cuộn sơ cấp
Các đại lượng và thông số của đầu thứ cấp:
- U2: Điện áp thứ cấp
- I2: Dòng điện qua cuộn thứ cấp
- P2: Công suất thứ cấp
- W2: Số vòng dây cuộn thứ cấp
1.3 Các đại lượng định mức
Các đại 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
1.3.1 Điện áp định mức
Điện áp sơ cấp định mức kí hiệu U1đm 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 nhiều máy thường là KV
1.3.2 Dòng điện định mức
Dòng điện định mức là dòng điện được 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
1.3.3 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 = U2đm I2đm = U1đm I1đm
Đối với MBA 3 pha công suất định mức là :
Trang 15Sđm = √3U2đm I2đm = √3 U1đm I1đm
1.4 Công dụng của máy biến áp
MBA đang 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:
- Trong các thiết bị l 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
- 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; 38.5KV 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; 500KV; 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
1.5 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy biến áp
1.5.1 Cấu tạo:
Máy biến áp là thiết bị điện từ tĩnh, dùng cảm ứng điện từ để truyền, đưa năng lượng hoặc tín hiệu xoay chiều giữa các mạch điện theo nguyên lí nhất định Cấu tạo chung của mọi máy biến áp gồm 3 thành phần chính: lõi thép, dây quấn và vỏ
a Lõi thép
Lõi thép dùng để dẫn từ thông của máy và làm khung đỡ dây Lõi thép thép được chia làm hai phần:
Trụ: là nơi để đặt dây quấn
Trang 16Để giảm dòng điện xoáy trong lõi thép, người ta dùng các lá kỹ thuật điện dày từ 0.3 – 0.5mm, hai mặt có phủ sơn cách điện ghép chặt lại với nhau thành lõi thép
Theo hình dạng của mạch từ, MBA được chia làm 2 kiểu: kiểu trụ và kiểu bọc
Trong kiểu trụ, các cuộn dây của máy biến áp quấn thành hình trụ Để tạo liên
hệ từ tốt (mạch từ đối xứng) và giảm tổn hao từ thông tản, cuộn sơ cấp và thứ cấp được đặt lồng vào nhau, cuộn dây điện áp cao đặt bên trong và cuộn dây điện áp thấp đặt bên ngoài Thường mỗi cuộn dây được chia làm hai phần quấn trên hai trụ của mạch từ, trên mỗi trụ có một phần của cuộn sơ cấp và một phần của cuộn thứ cấp Hai phần của mỗi cuộn dây được nối với nhau sao cho từ thông do chúng sinh ra cùng chiều
Hình 1.3 Lõi thép máy biến áp
Trong kiểu bọc, hai cuộn dây sơ cấp và thứ cấp được đặt trên cùng một trụ, hai cuộn được cách điện với nhau và cách điện với lõi thép
Ở các MBA hiện đại, dung lượng lớn và cực lớn (80 ¸ 100MVA trên một pha), điện áp thật cao (trên 220kV), để giảm chiều cao của trụ thép, tiện lợi cho việc vận chuyển trên đường, mạch từ của MBA kiểu trụ được phân nhánh sang hai bên nên MBA mang hình dáng vừa kiểu trụ vừa kiểu bọc, gọi là MBA kiểu trụ-bọc
b Dây quấn
Được chế tạo bằng dây đồng hoặc nhôm có tiết diện hình tròn hoặc chữ nhật, bên ngoài dây dẫn có bọc cách điện Dây quấn được quấn thành nhiều vòng và được lồng vào trụ lõi thép Giữa các vòng dây quấn có cách điện với nhau và cách điện với lõi thép
