Thiết kế máy biến áp điện lực ba pha ngâm dầu 630 kVA

Tên đề tài Thiết kế máy biến áp điện lực ba pha ngâm dầu 630 kVA Nội dung đề tài Thiết kế MBA điện lực ba pha ngâm dầu với các thông số Công suất S = 630 (kVA) Điện áp 220,4 (kV) Tổ đấu dây YYo 12 T. Khi đặt một điện áp u1 xoay chiều vào dây quấn 1 trong đó sẽ có dòng điện i1, trong lõi thép sẽ sinh ra từ thông φ móc vòng với cả hai dây quấn 1 và 2, cảm ứng ra sức điện động e1 và e2. Dây quấn hai sẽ có sức điện động sẽ sinh ra dòng điện i2 đầu ra tải với điện áp là u2. Như vậy năng lượng của dòng điện xoay chiều đã được truyền từ dây quấn 1 sang dây quấn 2.

Tên đề tài: Thiết kế máy biến áp điện lực ba pha ngâm dầu 630 kVA

Nội dung đề tài: Thiết kế MBA điện lực ba pha ngâm dầu với các thông số:

Công suất: S = 630 (kVA)

Điện áp: 22/0,4 (kV)

Tổ đấu dây: Y/Yo-12

Tổn hao không tải Po: 1300 (W)

Tổn hao ngắn mạch Pn: 6240 (W)

Dòng điện không tải Io: 1,4 (%)

Điện áp ngắn mạch Un: 5,5 (%)

MỤC LỤC MỞ ĐẦU 8

CHƯƠNG 1: SƠ LƯỢC VỀ MÁY BIẾN ÁP 9

1.1 Định nghĩa, nguyên lý làm việc, các đại lượng định mức của máy biến áp: 9

1.2 Cấu tạo máy biến áp: 12

1.3 Phương pháp thiết kế: 20

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN CÁC KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU CỦA MÁY BIẾN ÁP 22

2.1 Tính toán các đại lượng cơ bản: 22

2.2 Chọn các số liệu xuất phát và các kích thước chủ yếu : 23

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN DÂY QUẤN 32

3.1 Dây quấn hạ áp: 32

3.2 Dây quấn cao áp: 34

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN CÁC THAM SỐ NGẮN MẠCH 38

4.1 Tổn hao ngắn mạch: 38

4.2 Điện áp ngắn mạch: 40

4.3 Tính toán lực cơ học khi ngắn mạch: 40

CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN CUỐI CÙNG VỀ HỆ THỐNG MẠCH TỪ 43

5.1 Kết cấu lõi thép: 43

5.2 Tổng chiều dày các lá thếp tiết diện trụ (gông): 43

5.3 Số lá thép trong từng bậc trụ và gông: 43

5.4 Toàn bộ tiết diện bậc thang của trụ (bảng 42a[1]): 44

5.5 Tiết diện bậc thang của gông (bảng 42a[1]): 44

5.6 Thể tích một góc của mạch từ (bảng 42a[1]): 44

5.7 Tiết diện hữu hiệu (thuần sắt) của trụ: 44

5.8 Tiết diện hữu hiệu (thuần sắt) của gông: 44

5.9 Chiều cao của trụ: 44

5.10 Khoảng cách giữa tâm hai trụ: 44

5.11 Khối lượng sắt một góc mạch từ: 44

5.12 Khối lượng sắt gông: 44

5.13 Khối lượng sắt trụ: 45

5.14 Khối lượng sắt toàn bộ ở trụ và gông: 45

CHƯƠNG 6: TÍNH TỔN HAO KHÔNG TẢI 46

6.1 Công suất tổn hao không tải: 46

6.2 Công suất từ hóa không tải: 47

6.3 Dòng điện không tải: 48

6.4 Hiệu suất máy biến áp: 48

Chương 7: TÍNH TOÁN NHIỆT CỦA MBA 49

7.1 Sơ lược về tính toán nhiệt: 49

7.2 Tính toán nhiệt chênh từng phần: 49

7.3 Tính toán nhiệt thùng dầu: 51

CHƯƠNG 8: XÁC ĐỊNH SƠ BỘ VỀ RUỘT MÁY, DẦU 57

8.1 Trọng lượng ruột máy: 57

8.2 Trọng lượng dầu: 57

CHƯƠNG 9: KẾT LUẬN 58

9.1 Kết luận: 58

9.2 Hướng phát triển của đồ án trong tương lai: 58

PHỤ LỤC: TÀI LIỆU THAM KHẢO 59

DANH MỤC HÌNH VẼ

2

Hình 1 Máy biến áp ba pha ngâm dầu của công ty MBT 9Hình 2 Sơ đồ nguyên lý làm việc máy biến áp 1 pha 2 dây quấn 10

Hình 3 Các kiểu đấu dây của máy biến áp 12

Hình 4 Lõi thép làm mạch từ 13

Hình 5 Mạch từ ghép nối thẳng 13

Hình 6 Mạch từ ghép xen kẻ mối nối thẳng 14

Hình 7 Mạch từ ghép xen kẽ có mối nối nghiêng 14

Hình 8 Dây quấn đồng tâm và dây quấn xen kẽ 15Hình 9 Dây quấn 1 lớp và 2 lớp .16

Hình 10 Dây quấn nhiều lớp 16

Hình 11 Dây quấn hình xoắn mạch đơn và mạch kép 17Hình 12 Dây quấn hình ống nhiều lớp 17

Hình 13 Dây quấn hình xoắn ốc liên tục 18

Hình 14 Đồ thị Po 28Hình 15 Đồ thị của Io 28

Hình 16 Đồ thị của khối lượng lõi sắt và dây quấn 29Hình 17 Đồ thị của C’td 30

Hình 18 Dạng sơ đồ điều chỉnh cuộn cao áp 34Hình 19 Sơ đồ điều chỉnh điện áp cuộn cao áp 36

Hình 20 Lực chiều trục tác dụng lên dây dẫn 42

3

Hình 21 Dạng thùng dầu và vách cánh sóng .51

Hình 22 Khoảng cách điện của dây dẫn ra cao áp 52

Hình 23 Khoảng cách điện với dây dẫn ra hạ áp 53

DANH MỤC BẢNG SỐ LIỆU

Bảng 1 Giá trị của Po 27

Bảng 2 Giá trị của Io 28

Bảng 3 Khối lượng của lõi sắt và dây quấn 29

Bảng 4 Đồ thị của C'td 29

Bảng 5 Kích thước tiết diện trụ và gông 43

MỞ ĐẦU

Xã hội con người ngày càng phát triển, nhân loại đã tiến bộ và phát minh rađiện năng để cải thiện đời sống Việc phát minh ra điện dẫn tới các máy móc sửdụng điện năng cũng dần dần ra đời theo Khi điện năng ngày càng phổ biến và đượctruyền tải rộng rãi, một loại máy điện được chế tạo ra đóng vai trò quan trọng, đó làmáy biến áp Việc máy biến áp ra đời sẽ giúp giảm bớt công suất tổn hao khi truyềntải điện năng Đồng thời nó cũng giúp thay đổi mức điện áp một cách phù hợp theonhu cầu sử dụng của con người trong đời sống, kinh doanh, sản xuất, thí nghiệm, họctập

Máy biến áp có rất nhiều loại như: máy biến áp điện lực phục vụ cho việctruyền tải và phân phối điện; máy biến áp thí nghiệm phục vụ cho công việc nghiêncứu, thí nghiệm; máy biến áp đo lường phục vụ cho đo lường điện áp trong hệ thốngđiện; máy biến áp tự ngẫu; máy biến áp chuyên dùng cho các lò luyện kim, các thiết

bị hàn, chỉnh lưu;

Em đã thực hiện đồ án tốt nghiệp với đề tài “ Thiết kế máy biến áp điện lực ba phangâm dầu 630 kVA” với mục đích tìm hiểu thêm kiến thức về loại máy điện này Dokiến thức còn hạn chế nên khó tránh khỏi sai sót, mong các thầy cô góp ý để emđược hoàn thiện thêm kiến thức Em xin được ghi nhận mọi sự đóng góp của cácthầy cô để thêm kinh nghiệm cho công việc lao động phục vụ đất nước sau này

4

CHƯƠNG 1: SƠ LƯỢC VỀ MÁY BIẾN ÁP 1.1 Định nghĩa, nguyên lý làm việc, các đại lượng định mức của máy biến áp: 1.1.1 Định nghĩa:

Máy biến áp là một thiết bị điện từ tĩnh, làm việc dựa trên nguyên lí cảm ứngđiện từ, dùng để biến đổi hệ thống điện xoay chiều ở điện áp này thành hệ thốngđiện xoay chiều ở điện áp khác với tần số không đổi

5

1.1.2 Nguyên lý làm việc:

Ta xét sơ đồ máy biến áp một pha hai dây quấn Dây quấn 1 có w1 vòng dây,dây quấn 2 có w2 vòng dây được quấn trên lõi thép 3

Hình 2 Sơ đồ nguyên lý làm việc MBA 1 pha 2 dây quấn

Khi đặt một điện áp u1 xoay chiều vào dây quấn 1 trong đó sẽ có dòng điện i1,trong lõi thép sẽ sinh ra từ thông φ móc vòng với cả hai dây quấn 1 và 2, cảm ứng rasức điện động e1 và e2 Dây quấn hai sẽ có sức điện động sẽ sinh ra dòng điện i2 đầu

ra tải với điện áp là u2 Như vậy năng lượng của dòng điện xoay chiều đã đượctruyền từ dây quấn 1 sang dây quấn 2

6

a MBT ủ

t 1000kVA c ấ

pha công su 3

u ầ

n áp ba pha ngâm d ế

Máy bi 1

Hình

Giả sử điện áp xoay chiều đặt vào là một hàm số hình sin thì từ thông do nósinh ra cũng là một hàm số hình sin:

Φ = Φm.sinωt Theo định luật cảm ứng điện từ, sức điện động trong dây quấn 1 và 2 sẽ là: e

e

Trong đó:

E Φm = 4,44 f.w1 Φm (3)

E Φm = 4,44 f.w1 Φm (4)

Là giá trị hiệu dụng của các sức điện đọng dây quấn 1 và 2 Các biểu thức (1)

và (2) ta thấy sđđ cảm ứng trong dây quấn chậm pha so với từ thông sinh ra nó một góc π Dựa vào biểu thức (3) và (4), người ta định nghĩa hệ số của máy biến áp như

2

sau:

k = Nếu không kể điện áp rơi trên dây quấn thì có thể coi E1 = U1; E2 = U2 suyra: k =

Trong đó, k được gọi là hệ số của máy biến áp

1.1.3 Các đại lượng định mức:

Các đại lượng định mức của máy biến áp quy định điều kiện kỹ thuật củamáy Các đại lượng này do nhà chế tạo qui định và thường ghi trên nhãn máy biến

áp

1.1.3.1 Dung lượng hay công suất định mức (Sđm)

Là công suất toàn phần hay biểu kiến đưa ra ở dây quấn thứ cấp của máy biến

áp Đơn vị kVA hay VA…

1.1.3.2 Điện áp dây sơ cấp định mức: U1đm

7

Là điện áp của dây quấn sơ cấp tính bằng V hay kV Nếu dây quấn sơ cấp có cácđầu phân nhánh thì người ta ghi cả điện áp định mức của đầu phân nhánh

1.1.3.3 Điện áp dây thứ cấp định mức: U2đm

Là điện áp dây của dây quấn thứ cấp khi máy biến áp không tải và điện áp đặtvào dây quấn sơ cấp là định mức Đơn vị là: kV, V

1.1.3.4 Dòng điện dây định mức sơ cấp I1đm và thứ cấp I2đm

Là những dòng điện dây của dây quấn sơ cấp và thứ cấp ứng với công suất vàđiện áp định mức Đơn vị A, kA Dòng điện dây định mức có thể tính như sau: Đối với máy biến áp 1 pha :

I I Đối với máy biến áp 3 pha :

1.3.5.6 Dòng điện không tải I0%

Dòng điện không tải là đại lượng đặc trưng cho tổn hao không tải của máy biến

áp, phụ thuộc tính chất từ, chất lượng cũng như cấu trúc lắp ghép của lõi thép Ngàynay người ta sử dụng thép tốt để chế tạo máy biến áp nên dòng I0 giảm I0 % biểu thịbằng phần trăm so với dòng điện định mức Iđm

1.3.5.7 Tổ đấu dây của máy biến áp

Trong các máy biến áp ba pha các cuộn dây có thể nối lại với nhau thành hìnhsao (Y), tam giác (D) hay nối ziczac Khi nối sao ta lấy ba đầu cuối nối chung và bađầu còn lại để tự do (hình a), nối tam giác thì đầu cuối của pha này nối với đầu củapha kia (hình b) Khi nối ziczac cuộn dây của mỗi pha được chia làm hai nửa vàđược quấn trên hai trụ khác nhau, hai nửa này được nối tiếp ngược nhau (hình c).Kiểu nối ziczac rất ít dùng vì tốn nhiều đồng hơn và chỉ gặp trọng các máy biến áp

8

dùng cho thiết bị chỉnh lưu hoặc trong các máy biến áp đo lường để hiệu chỉnh sai số

về góc lệch pha

Vậy: Tổ nối dây của máy biến áp được hình thành do sự phối hợp kiểu nối dây

sơ cấp so với kiểu nối dây thứ cấp và nó biểu thị góc lệch pha giữa điện áp dây sơcấp và thứ cấp của máy biến áp

1.2 Cấu tạo máy biến áp:

Máy biến áp thường dùng các phần chính sau: lõi thép (mạch từ), dây quấn, hệthống làm lạnh và vỏ máy

9

a MBA ủ

u dây c ấ

u đ ể Các ki 3

Hình

Hình 4 Lõi thép làm mạch từ

b – Phương pháp ghép mạch từ:

Mạch từ của máy biến áp được ghép từ các lá thép kỹ thuật điện Có thể chia

ra làm hai kiểu ghép đó là kiểu ghép nối và ghép xen kẽ

Ghép nối là gông và trụ ghép riêng sau đó được nối với nhau bằng xà và bulongghép Cách ghép này đơn giản nhưng khe hở giữa trụ và gông lớn, không đảm bảotiếp xúc giữa các lá thép trụ và gông nên tổn hao không tải lớn Vì vậy kiểu ghépnày ít được sử dụng

Ghép xen kẽ là từng lớp lá thép của trụ và gông lần lượt đặt xen kẽ lên nhaunhư hình 6,7 Sau đó dùng xà ép và bulong vít chặt lại Muốn lồng dây quấn thì tháogông ra, cho dây quấn đã được quấn trên balêkit vào trụ, sau đó xếp gông lại như cũ

và ép lại Phương pháp ghép xen kẽ hạn chế được những khe hở giữa trụ và gông,mặt khác tăng độ bền về mặt cơ học nên được sử dụng rộng rãi

10

ng ẳ

i th ố ghép n ừ

ch t ạ M 5 Hình

1.2.1.2 Dây quấn:

Dây quấn là bộ phận dùng để thu năng lượng vào và truyền đi Trong máy biến áphai dây quấn có cuộn hạ áp (HA) nối với lưới điện áp thấp và cuộn cao áp (CA) nốivới lưới có điện áp cao hơn Ở máy biến áp có ba dây quấn ngoài hai dây quấn cao

áp và hạ áp còn có dây quấn thứ ba với điện áp trung bình gọi là TA

Có hai kiểu bố trí dây quấn chính đó là: dây quấn đồng tâm và xen kẽ:

a - Dây quấn đồng tâm: Cuộn cao áp và hạ áp là những hình ống đồng tâm nốivới nhau Chiều cao (chiều trục) của chúng nên thiết kế bằng nhau vì nếu không sẽsinh ra lực chiều trục lớn có tác dụng ép hoặc đẩy gông hay cuộn dây không có lợi

về mặt kết cấu Khi bố trí cuộn dây, cuộn hạ áp đặt trong cùng, cuộn cao áp đặtngoài

Cuộn cao áp đặt ngoài sẽ đơn giản được việc rút đầu dây điều chỉnh điện áp cũngnhư giảm được kích thước rãnh cách điện giữa các cuộn dây và giữa cuộn dây vớitrụ sắt Dây quấn này được sử dụng phổ biến trong các máy biến áp điện lực có lõisắt kiểu trụ

b - Dây quấn xen kẽ: Cuộn cao áp và hạ áp được quấn thành từng bánh có chiềucao thấp và quấn xen kẽ do đó giảm được lực dọc trục do ngắn mạch Để giảm lực

cơ theo hướng kính các bánh dây cố gắng thiết kế có đường kính gần bằng nhau.Dây quấn xen kẽ có nhiều rãnh dầu ngang nên tản nhiệt tốt hơn nhưng về mặt cơ thìkém vững chắc hơn so với dây quấn đồng tâm Mặt khác dây quấn kiểu này có nhiềumối hàn giữa các bánh dây trong khi đó dây quấn đồng tâm có thể không có mối hànnào Loại dây quấn này thường dùng trong các máy biến áp lò điện hay máy biến ápkhô để sự làm nguội được tốt

11

i nghiêng ố

i n ố m ẻ ghép xen k ừ

ch t ạ M 7 Hình

ng ẳ

i th ố

i n ố m ẽ ghép xen k ừ

ch t ạ M 6 Hình

Hình 8 Dây quấn đồng tâm và Dây quấn xen kẽ

Theo hình dáng tiết diện dây có thể chia dây quấn làm hai loại: cuộn dây tròn vàcuộn dây chữ nhật Cuộn dây tròn có dạng hình trụ và tiết diện ngang là hình tròn,cuộn dây chữ nhật có tiết diện ngang là hình chữ nhật với các góc uốn tròn Loại dâyquấn chữ nhật có ưu điểm là lấp đầy phần không gian trong cuộn dây, nhưng nhượcđiểm là chỗ góc uốn cong cách điện dễ bị yếu đi do bị rạn nứt lúc uốn, độ bền cơcũng kém… Vì thế, hầu hết các máy biến áp hiện nay dùng kiểu dây tròn vì đọ bền

cơ, điện tốt hơn

Kết cấu dây quấn:

Theo cách quấn dây ta có thể chia dây quấn máy biến áp thành các loại sau:

1 - Dây quấn hình ống dây dẫn chữ nhật:

Loại dây này quấn dùng dây tiết diện chữ nhật quấn thành trụ Nếu dòng điệnlớn thì ghép nhiều sợi song song, gồm có dây quấn hình ống đơn và ống kép Dâyquấn ống đơn dễ bị bung ra do hai đầu không có gì giữ chặt nên chỉ được dùng chocác máy biến áp công suất nhỏ từ 3- 10 kVA Dây quấn ống kép bền hơn về mặt cơkhí, chế tạo khá đơn giản nên dùng phổ biến trong các máy biến áp công suất 6kVAtrỏ xuống và điện áp dưới 6kV dùng chủ yếu cho cuộn hạ áp Đối với cuộn cao áp,người ta sử dụng dây quấn hình ống nhiều lớp dây chữ nhật cho các máy biến áp từ

630 đến 40000 kVA, điện áp 10 – 35 k Kiểu dây quấn này có ưu điểm là độ bền cơhọc khi ngắn mạch cao do kết cấu gọn và chặt Tuy nhiên dây quấn loại này cónhược điểm là bề mặt làm lạnh bị hạn chế so với dây quấn kiểu bánh dây

12

2 - Dây quấn hình xoắn:

Dây quấn gồm một hay nhiều sợi dây chữ nhật chập lại quấn theo chiều trụcnhư đường ren ốc Các sợi dây chập thương xếp theo hướng kính và tiết diện các sợiphải như nhau

Nếu chập các sợi thành một mạch quấn từ trên xuống dưới ta có dây quấn hìnhxoắn mạch đơn Khi dòng điện quá lớn phải chập thành hai mạch để quấn ta có dâyquấn hình xoắn mạch kép

13

p ớ

u l ề

n nhi ấ Dây qu 10

Hình

p ớ

p và 2 l ớ

l

n 1 ấ Dây qu 9

Hình

ch kép ạ

ch đơn và m ạ

n m ắ

n hình xo ấ

Dây qu 11

Hình

Kiểu quấn dây này có số vòng dây ít, tiết diện lớn nên dùng làm dây quấn hạ áp.

Ưu điểm là chịu được lực cơ học tốt, tản nhiệt tốt Nhược điểm là chiều dài các sợidây ghép không bằng nhau nên điện trở khác nhau, từ thông tản không đều Mặtkhác dòng điện phân bố không đều làm tăng tổn hao phụ Vì vậy các sợi dây chậpquanh trụ cần được hoán vị

3 - Dây quấn hình ống nhiều lớp:

Dây dẫn là dây tròn quấn thành hình trụ nhiều lớp, đồng tâm Do số vòng dây mộtlớp nhiều nên điện áp giữa các lớp cao nên cách điện của dây dẫn không bảo đảm

Vì thế phải thêm cách điện giữa các lớp Thường dùng vài lớp giấy cáp để cách điện

Nếu số lớp của dây nhiều quá thì việc tản nhiệt sẽ khó khăn, do đó cần làm thêmcác rãnh dầu dọc ở giữa

Kiểu dây quấn này có điện dung hướng trục lớn nên chống sét tốt, kết cấu đơngỉn dễ chế tạo Nhược điểm là chịu lực cơ học kém và tản nhiệt khó

Dây quấn này chủ yếu dùng cho những máy biến áp công suất dưới 630 kVA vàthường làm cuộn cao áp với điện áp 6, 10, 35 kV

4 - Dây quấn xoáy ốc liên tục:

Người ta dùng dây tiết diện chữ nhật quấn liên tục thành nhiều bánh theo hìnhxoáy ốc phẳng Vì thế, chiều cao của bánh dây cừa bằng chiều cao của vòng dây,giữa tất cả các bánh dây có 1 rãnh dầu ngang Suốt cuộn dây không có mối hàn nàonên gọi là dây quấn liên tục

14

p ớ

u l ề

ng nhi ố

n hình ấ

Dây qu 12

Hình

Dây quấn này có ưu điêm là chịu lực cơ học tốt, làm nguội tốt và không có mốihàn Nhưng quá trình quấn lại phức tạp Khi một bánh quấn từ trong ra ngoài thìbánh tiếp theo lại phải quấn từ ngoài vào trong Muốn quấn được bánh này trước hếtphải quấn tạm từ trong ra ngoài, sau khi đầy bánh phải giữ lấy đầu cuối và đầu đầucủa nó rồi dùng tay nếp lại để những vòng trong ra ngoài và vòng ngoài vào trong.

Có thể tiếp tục cho những bánh khác

Dây quấn xoáy ốc liên tục chủ yếu cho cuộn cao áp cho các công suất từ 160 –

1000000 kVA, điện áp từ 2 – 500 kV và hơn nữa Cũng có thể dùng làm cuộn hạ ápcho những máy có dòng điện từ 10-300 A

1.2.1.3 Hệ thống làm nguội và vỏ máy:

Khi máy biến áp làm việc, lõi thép và dây quấn đều có tổn hao năng lượng làmcho máy biến áp nóng lên Muốn máy biến áp làm việc được lâu dài phải tìm biệnpháp giảm nhiệt độ của máy biến áp xuống tức là quá trình làm nguội máy biến áp

Có thể làm nguội bằng không khí tự nhiên hoặc bằng dầu máy biến áp Máy biến ápdùng không khí để làm nguội gọi là máy biến áp khô, máy biến áp dùng dầu để làmnguội gọi là máy biến áp dầu Hầu hết máy biến áp làm nguội bằng dầu bao quanhlõi thép và dây quấn sẽ nóng lên và truyền nhiệt ra ngoài vách thùng nhờ hiện tượngđối lưu Nhiệt lượng từ vách thùng lại truyền ra không khí xung quanh bằng phươngpháp đối lưu và bức xạ Nhờ vậy mà hiệu ứng làm lạnh được tăng lên cho phép tăngtải điện từ đối với thép và dây quấn, tăng được công suất máy biến áp Máy biến áp

có công suất từ 10000 – 16000 KVA thường phải tăng cường làm nguội bằng sự đốilưu cưỡng bức bằng quạt gió Để đảm bảo dầu trong máy luôn luôn đầy trong quátrình làm việc trên máy biến áp có 1 thùng dầu phụ hình trụ thường đặt nằm ngangvới bình đầu chính bằng ống dẫn dầu Tuỳ theo nhiệt độ của máy biến áp mà dầugiãn nở tự do trong bình dầu phụ, không ảnh hưởng đến lượng dầu máy biến áp Vìvậy bình dầu phụ còn được gọi là bình dầu giãn nở Trên nắp thùng còn các sứ để

15

c ụ

c liên t ố

n xoáy ấ

Dây qu 13

Hình

bắt các đầu dây dẫn ra nối với các dây quấn trong máy biến áp với lưới điện thiết bịđổi nói để chỉnh áp, thiết bị đo nhiệt độ biến áp, móc treo… mặt khác dầu máy biến

áp ngoài tác dụng làm lạnh con người là một chất cách điện tốt, nhưng nhược điểm

là dầu máy biến áp đồng thời cũng là vật liệu dễ cháy nên sinh ra hoả hoạn Vì vậytrong nhiều trường hợp phải có thiết bị và biện pháp chống cháy thích hợp

1.2.2 SỬ DỤNG VẬT LIỆU TRONG CHẾ TẠO:

Việc tìm kiếm một loại vật liệu mới là nhằm mục đích cải thiện các đặc tính

cũ máy biến áp như giảm tổn hao năng lượng, kích thước, trọng lượng, tăng độ tincậy của nó Khuynh hướng chung thường thay vật liệu qúy hiếm bằng những vật liệu

rẻ tiền và dễ tìm kiếm hơn Như dùng dây nhôm thay dây đồng trong máy biến ápcông suất nhỏ và trung bình là một ví dụ

1.2.2.1 Vật liệu tác dụng: Dùng để dẫn điện như dây quấn, dẫn từ như lõi thép:

Đối với dây quấn: Trong nhiều năm đồng vẫn là kim loại duy nhất dùng chế tạodây quấn Vì đồng có điện trở suất nhỏ, dẫn điện tốt, dễ gia công (hàn, quấn) bảođảm độ bền cơ điện tốt Gần đây người ta có dùng nhôm thay đồng làm dây quấn.Nhôm có ưu điểm là nhẹ, sẵn hơn, rẻ hơn, nhưng có nhược điểm là điện trở suất lớnhơn do đó dẫn điện kém hơn, độ bền cơ cũng kém hơn và khó khăn trong việc hànnối Khi dùng nhôm thay đồng để đảm bảo được công suất tương đương thì thể tíchnhôm tăng lên, giá thành các công việc về chế tạo dây quấn, chi phí về vật liệu cáchđiện, sơn tẩm… tăng lên Bù lại giá thành nhôm rẻ hơn

Đối với mạch từ: Vật liệu dùng để chế tạo mạch từ là thép kỹ thuật điện (tônSilic) Thép kỹ thuật điện thường chứa 3% Silic và 97% là thép và các nguyên tố vilượng khác Trước đây, lõi thép máy biến áp thường dùng thép cán nóng, tuy nhiênloại thép này có suất tổn hao cao nên người ta đã chuyển sang sử dụng thép cán lạnh

có vị trí sắp xếp tinh thể gần như không đổi và có tính dẫn từ định hướng Do đósuất tổn hao giảm từ 2-2,5 lần so với thép cán nóng Thép cán lạnh cho phép tăng độ

từ cảm trong lõi thép lên đến 1,6-1,65 Tesla(T), trong khi đó, thép cán nóng chỉ từ1,41,5 T Vì vậy giảm được tổn hao trong máy, giảm được trọng lượng và kích thướcmáy Thép cán lạnh tuy đắt hơn nhưng trong quá trình vận hành sẽ tiết kiệm hơn sovới thép cán nóng

16

B, F… không có ý nghĩa lắm vì nhiệt độ cho phép của dây quấn máy biến áp đượcquyết định không chỉ ở cấp cách điện của vật liệu cách điện mà ở cả nhiệt độ chophép của dầu ngâm dây quấn Một loại cách điện hay dùng bọc dây nữa là men cáchđiện (emây) Song người ta cũng chỉ dùng đến cách điện cấp B mà ít khi dùng dâycách điện cao hơn nữa Vì một lý do nữa là nhiệt độ cho phép càng cao thì mật độdòng điện chọn càng lớn thì tổn hao ngắn mạch tăng lên làm cho hiệu suất của máygiảm xuống đáng kể Để cách điện các bộ phận mang điện với bộ phận không mangđiện của máy người ta dùng vật liệu cách điện Khi máy làm việc do tác động củanhiệt độ, chấn động và các tác động hoá lý khác cách điện sẽ bị lão hoá nghĩa là mấtdần các tính bền về điện và cơ Thực nghiệm cho biết khi nhiệt độ tăng quá nhiệt độlàm việc cho phép 8 – 10oC thì tuổi thọ của vật cách điện giảm đi một nửa Ở nhiệt

độ làm việc cho phép, tuổi thọ của vật liệu cách điện khoảng 15 ÷ 20 năm Vì vậykhi sử dụng máy điện tránh để máy quá tải làm nhiệt độ tăng cao trong một thời giandài

1.2.2.3 Vật liệu kết cấu:

Dùng để giữ bảo vệ máy biến áp như bulông, vỏ máy

Vật liệu kết cấu dùng để chế tạo các bộ phận và chi tiết truyền động hoặc kết cấumáy theo dạng cần thiết bảo đảm cho máy làm việc bình thường Người ta thườngdùng gang thép các kim loại, hợp kim và các vật liệu bằng chất dẻo

1.3 Phương pháp thiết kế:

Để việc thiết kế tiết kiệm thời gian và dễ dàng hơn, ta sẽ thực hiện theo nhữngbước cơ bản sau:

1 - Xác định các đại lượng cơ bản

− Tính dòng điện pha, điện áp pha của dây quấn

− Xác định điện áp thử của các dây quấn

− Xác định được các thành phần ngắn mạch

2 - Tính toán các kích thước chủ yếu

− Chọn sơ đồ và kết cấu lõi thép

− Chọn loại, mã hiệu thép và cách điện của chúng Chọn cường độ từ cảm lõithép

− Chọn kết cấu và xác định các khoảng cách cách điện của cuộn dây

− Tính toán sơ bộ máy biến áp chọn quan hệ của kích thước chủ yếu β theo trị

số i0, P0, Un, Pn đã cho

17

− Xác định đường kính trụ, chiều cao dây quấn Tính toán sơ bộ lõi thép

3 - Tính toán dây quấn cao áp và hạ áp

− Chọn dây quấn cao áp và hạ áp

− Tính lực cơ bản của dây quấn khi máy biến áp bị ngắn mạch

5 - Tính toán cuối cùng về hệ thống mạch từ và tham số không tải của máy biến áp − Xác định kích thước cụ thể của lõi sắt

− Xác định tổn hao không tải

− Xác định dòng điện không tải và hiệu suất

6 - Tính toán nhiệt và hệ thống làm nguội máy biến áp

− Quá trình truyền nhiệt trong máy biến áp

− Khái niệm hệ thống làm nguội máy biến áp

− Tiêu chuẩn về nhiệt độ chênh

− Tính toán nhiệt máy biến áp

− Tính toán gần đúng trọng lượng và thể tích bộ giãn dầu

7 - Tính toán và lựa chọn một số chỉ tiêu kết cấu

Phần này có trình bày cách tính và chọn một số chi tiết kết cấu quan trọngnhư bulong ép gông và một số đai ép trục, gông, vách nắp đáy thùng, bình dầu giãn

nở, bộ phận tản nhiệt…

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN CÁC KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU CỦA MÁY BIẾN

ÁP 2.1 Tính toán các đại lượng cơ bản:

2.1.1 Công suất mỗi pha của máy biến áp :

18

Với : S là công suất định mức máy biến áp (kVA)

m là số pha của máy biến áp Với máy biến áp đã

cho:

Sf = 210 (kVA)

2.1.2 Công suất mỗi trụ:

St , với t là số trụ quấn dây Với máy biến áp đã cho:

St = 210 (kVA)

2.1.3 Dòng điện dây định mức, đối với máy biến áp 3 pha :

I = Phía hạ áp:

I = 909,327 (A) Phía cao áp:

I = 16,533 (A)

2.1.4 Dòng điện pha định mức:

Khi dây quấn nối sao hay ziczac: If = I

Khi dây quấn nối tam giác : If

Dây quấn đấu nối Y/Y0-12, ta có:

Phía hạ áp : If1 = I1 = 909,327 (A)

Phía cao áp : If2 = I2 = 16,533 (A)

2.1.5 Điện áp pha định mức:

Khi dây quấn nối sao hay ziczac: Uf

Khi dây quấn nối tam giác: Uf = U

Điện áp pha phía hạ áp:

19

Uf1 = 0,231 (kV) Điện áp pha phía cao áp:

Uf2 = 12,702(kV)

2.1.6 Điện áp thử các dây quấn:

Theo bảng 2 của tài liệu [1]:

Với điện áp của hạ áp là 0,4 kV thì Uth1 = 5 kV

Với điện áp của cao áp là 22 kV thì Uth2 = 55 kV

2.2 Chọn các số liệu xuất phát và các kích thước chủ yếu :

2.2.1 Chiều rộng quy đổi của rãnh từ tản giữa dây quấn cao áp và hạ áp :

2.2.2 Hệ số quy đổi từ trương tản K r

Hệ số này với một dải công suất và điện áp rộng thay đổi rất ít ,lấy Kr = 0,95

2.2.3 Các thành phần điện áp ngắn mạch:

Thành phần tác dụng:

% Thành phần phản kháng:

20

%

2.2.4 Chọn mạch từ:

Chọn tôn silic cán lạnh của Nga mã hiệu 3404 có chiều dày 0,3 mm

Theo bảng 6 tài liệu [1]: chọn từ cảm ở trụ Bt = 1,6 T

Hệ số tăng tiết diện gông kg = 1,02 Ép trụ bằng nêm và dây quấn; ép gông bằng

xà ép, không dùng bulong xuyên qua trụ và gông, phương pháp này giúp hạn chế tổnhao do các đường sức từ bị đổi hướng khi đi qua mạch từ có đục lỗ của bulong Sửdụng lõi thép có 6 mối nối xiên

Theo bảng 5 [1]: Chọn số bậc thang trong trụ là 8, số bặc trong gông là 7

Hệ số chêm kín Kc = 0,928, hệ số điền đầy Kđ = 0,955 (chịu nhiệt và phủ mộtlớp sơn cách điện), theo bảng 4,10 [1]

Chọn theo Uth2 = 55kV của cuộn cao áp :

- Khoảng cách giữa trụ và dây quấn hạ áp : a01 = 15 mm

- Khoảng cách cách điện dây quấn hạ áp và cao áp : a12 = 20 mm

21

- Ống cách điện giữa cao áp và hạ áp : δ12 = 5 mm

- Khoảng cách cách điện giữa các dây quấn cao áp : a22 = 20 mm

- Tấm chắn giữa các pha : δ22 = 3 mm - Giữa dây quấn cao áp đến gông : l02

= 50 mm

- Phần đầu thừa của ống cách điện : lđ2 = 30 mm

2.2.6 Các hằng số tính toán a, b gần đúng có thể lấy (Theo bảng 13, 14 [1]):

a = 1,4 ; b = 0,40 ; e = 0,405

2.2.7 Hệ số k f là hệ số tính đến tổn hao phụ trong dây quấn, trong dây dẫn

ra, trong vách thùng và các chi tiết kim loại khác do dòng điện xoáy (k f < 1) : kf

= 0,945 (bảng 15 [1])

2.2.8 Chọn hệ số hình dáng β:

Hệ số β chỉ ra sự liên hệ giữa đường kính trung bình giữa dây quấn d12 vớichiều cao dây quấn ( β = ) với những giá trị β khác nhau, hình dáng máy sẽ khácnhau dẫn đến các thông số như tổn hao, nhiệt độ máy hay chi phí chế tạo khác nhau

Thành phần tác dụng dòng không tải:

i Thành phần phản kháng dòng không tải:

i Dòng không tải:

i Giá thành vật liệu tác dụng theo đơn vị quy ước:

1.8 1.2

1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0

β

Io(%)

3 2.4

1.8 1.2

0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0

G(Kg)

3 2.4

1.8 1.2

1200 1000 800 600 400 200 0

a C'td ủ c ị th ồ Đ 4

ng ả B

t và dây qu ắ

ng lõi s ợ

i lư ố

a kh ủ c ị th ồ Đ 16 Hình

Với giới hạn Po = 1300 (W), ta tìm được trên đồ thị Po = f(𝛽) giá trị β ≤ 1,815;

io < 1,4% với các giá trị β Giải phương trình x5 + Bx4 − Cx − D = 0( với B

, C = , D = ) ta được x=1,225 suy ra β = x4 = 2,25 𝑡ℎìC’td sẽ nhỏ nhất Trên đồ thị C’td = f(𝛽), giá trị nhỏ nhất của C’td nằm trongkhoảng 1,815– 2,8 Vì vậy ta chọn β = 1,815

Đối với trị số này, ta tính được mật độ dòng điện là:

Δ = ); với k = 2,4.10-12 là hằng số phụ thuộc vào điện trởsuất của dây quấn

Khối lượng dây quấn: Gdq = 426,528 (kg), khối lượng dây dẫn Gdd = 1,06Gdq =

27

β

C'td

3 2.4

1.8 1.2

1720 1700 1680 1660 1640 1620 1600

a C'td ủ c ị th ồ Đ 17 Hình

452,119 (kg), khối lượng lõi thép GFe = 816,504 (kg) Tổn hao và dòng không tải: Po

= 1233,861 (W), i0 = 0,575 (%) Giá thành vật liệu tác dụng C’td = 1648,405 (đơn vịquy ước), không chênh lệch quá 1% so với mức giá thấp nhất

2.2.10 Đường kính trung bình của rãnh dầu sơ bộ: d12

= a.d = 1,4 0,2 = 0,28 (m) 2.2.11 Chiều cao dây quấn