Thiết kế máy biến áp điện lực ba pha công suất 1250 kVA

Máy biến áp có các đại lượng định mức như sau: - Dung lượng hay công suất định mức S đm: là công suất biểu kiến của MBA đưa ra trên dây quấn thứ cấp của nó ở chế độ làm việc định mức,đượ

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

Giảng viên hướng dẫn: T.S Nguyễn Vũ Thanh

Mã học phần:

Bộ môn:

EEThiết bị điện – điện tử

HÀ NỘI, 10/2022

Chữ ký của GVHD

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAMTRƯỜNG ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Độc lập – Tự Do – Hạnh Phúc

NHIỆM VỤ THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP

Họ và tên SV: Nguyễn Quang Huy MSSV: 20161831

Khóa: K61 Viện: Điện

Ngành học: Thiết bị Điện – Điện tử

1 Đề tài Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha công suất 1250 kVA

2 Yêu cầu thiết kế

 Tổng dung lượng máy biến áp S đm =1250 kVA

 Số pha m ¿ 3

 Điên áp HA U1 ¿ 400 V

 Điện áp CA U2=26000 ±(2× 2,5%)V

 Sơ đồ và tổ nối dây quấn D/Y n− ¿11

 Tổn hao không tải P0=20W

TRƯỞNG BỘ MÔN TBĐ - ĐT CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

TS Phùng Anh Tuấn TS Nguyễn Vũ Thanh

Lời cảm ơn

Tóm tắt nội dung đồ án

Sinh viên thực hiện

Ký và ghi rõ họ tên

MỤC LỤC Kaja

DANH MỤC HÌNH VẼ TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Vũ Gia Hanh (chủ biên); Trần Khánh Hà; Phan Tử Thụ; Nguyễn Văn Sáu,Máy Điện 1, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, 2006

[2] Phan Tử Thụ, Thiết kế máy biến áp điện lực, Nhà xuất bản khoa học và kỹthuật, 2007

[3] Nguyễn Nhất Tùng; Nguyễn Đức Quang, “Nghiên cứu đánh giá đặc tính làmviệc của dầu cách điện nguồn gốc thực vật Environtemp FR3 trong máy biến

áp phân phối Việt Nam,” Khoa học công nghệ

[4] Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN - 6306:2015.

[5] Máy biến áp mới dùng thép vô định hi ̀ nh

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MÁY BIẾN ÁP ĐIỆN LỰC

1.1 Khái quát về Máy biến áp (MBA).

1.1.1 Khái niệm.

Máy biến áp là một thiết bị từ tĩnh, 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 thốngdòng điện xoay chiều ở điện áp khác với tần số không thay đổi

Hình 1.1 Máy biến áp điện lực 3 pha ngâm dầu.

Từ nhà máy, điện cần được dẫn đến nơi tiêu thụ qua đường dây truyền tải, nếukhoảng cách này lớn sẽ gây ra tổn thất rất lớn trên đường dây Với cùng mộtcông suất truyền tải trên đường dây, nếu điện áp tăng lên thì dòng điện sẽ giảmxuống Tổn thất trên đường dây tỉ lệ thuận với bình phương của dòng điện và tỉ lệnghịch với bình phương của điện áp do đó nếu ta tăng điện áp lên thì tổn hao sẽgiảm đi rất nhiều, đồng thời khi dòng điện giảm xuống, tiết diện dây dẫn cần thiếtgiảm nên sẽ tiết kiệm được chi phí vật liệu Từ điện áp cao thế sau khi truyền tải,

để có được mức điện áp phù hợp với thiết bị tiêu thụ ta cần hạ mức điện ápxuống Các thiết bị tăng/giảm áp được sử dụng ở trên được gọi chung là máybiến áp

Hình 1.2 Sơ đồ lưới điện truyền tải đơn giản.

Trong hệ thống điện lực, muốn truyền tải và phân phối công suất thường phải trảiqua nhiều lần tăng giảm điện áp, trong đó hệ thống MBA chỉ đóng vai trò truyềntải hoặc phân phối năng lượng chứ không có vai trò chuyển hóa năng lượng Dùhiệu suất của MBA thường rất cao ( 98-99%) nhưng bởi trải qua rất nhiều lầntăng giảm điện áp như trên, hiệu suất chung của đường dây truyền tải sẽ bị giảmđáng kể, do đó tổn hao trong MBA là một trong những vấn đề cần được tối ưukhi thiết kế

1.1.2 Phân loại Máy biến áp.

Có nhiều loại máy biến áp khác nhau, người ta có thể phân loại theo những cáchkhác nhau dựa vào chức năng, cấu tạo, phương thức cách điện, công dụng

Theo chức năng: máy biến áp tăng áp và máy biến áp giảm áp thường được sửdụng để tăng và giảm điện áp trong lưới truyển tải và phân phối điện

Theo cấu tạo của máy biến áp: máy biến áp 1 pha và máy biến áp 3 pha

Hình 1.3 Một số loại máy biến áp.

Theo phương thức các điện: máy biến áp khô, máy biến áp dầu

Theo công dụng: máy biến áp thí nghiệm, máy biến áp đo lường, máy biến ápchuyên dụng, máy biến áp điện lực, máy biến áp tự ngẫu

Ngày nay loại máy biến áp phổ biến nhất chúng ta thường gặp là máy biến ápmột pha và máy biến áp ba pha Máy biến áp một pha thường được sử dụng để ổnđịnh lưới điện có mức tiêu thụ năng lượng thấp Dùng trong hộ gia đình hoặcxưởng cơ khí nhỏ lẻ Máy biến ba pha được sử dụng trong lưới điện chạy đườngđiện cao áp, hoặc trong các xí nghiệp khu công nghiệp có mức tiêu thụ nănglượng lớn

Tùy vào chức năng sử dụng, địa điểm, hệ thống lưới điện mà người ta sử dụngnhững loại máy biến áp khác nhau để phù hợp với lưới điện Việc lựa chọn máybiến áp dựa vào việc xác định đúng công suất tính toán phụ tải là quan trọng nhất

và là khó khăn nhất Khó khăn chính là ở chỗ điện bao giờ cũng phải có trước,trạm biến áp bao giờ cũng phải xây dựng theo thời gian xây dụng cơ sở hạ tầng.Chưa thể biết thật chính xác mức tiêu thụ của các phụ tải Cần căn cứ vào thôngtin thu nhận được của thời điểm thiết kế để chọn được công suất máy biến áp,kiểu máy biến áp phù với

1.1.3 Các đại lượng định mức của máy biến áp.

Máy biến áp có các đại lượng định mức như sau:

- Dung lượng hay công suất định mức (S đm): là công suất biểu kiến của

MBA đưa ra trên dây quấn thứ cấp của nó ở chế độ làm việc định mức,được tính bằng kVA hoặc VA

- Điện áp định mức (U đm): là điện áp dây trên các dây quấn khi không tải,

hay được hiểu là điện áp định mức thứ cấp là điện áp trên dây quấn thứcấp khi nó hở mạch và điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp là điện áp địnhmức, đơn vị được tính bằng kV hoặc V

- Dòng điện định mức (I đm¿: là dòng điện chảy trong các dây quấn khi có tảiứng với công suất định mức và điện áp định mức, được tính bằng kA hoặcA

- Tần số định mức (f đm¿ được tính bằng Hz, lưới điện Việt Nam thì f đm=

50Hz

1.1.4 Cấu tạo của Máy biến áp.

Máy biến áp có cấu tạo chung gồm 3 bộ phận chính ta có thể dễ dàng nhận thấy

Hình 1.4 Cấu tạo chung của Máy biến áp.

1.1.4.1 Lõi thép Máy biến áp.

Lõi thép có chức năng dẫn từ thông đồng thời làm khung để đặt dây cuốn Lõithép của máy biến áp được chế tạo từ nhiều lá sắt mỏng ghép cách điện với nhau

và thường được chế tạo bằng các vật liệu dẫn từ tốt

Lõi thép gồm có trụ và gông Trụ là phần để đặt dây quấn còn gông là phần nốiliền giữa các trụ để tạo thành một mạch từ kín

Hình 1.5 Lõi thép máy biến áp.

Có nhiều cách phân loại lõi sắt:

a Theo sự sắp sếp tương đối giữa trụ, gông và dây quấn, lõi sắt được chia

ra làm các loại: kiểu trụ, kiểu bọc và kiểu trụ bọc

- Lõi sắt kiểu trụ: Dây quấn ôm lấy trụ sắt, gông từ chỉ giáp phía trên vàphía dưới dây quấn mà không bao lấy mặt ngoài của dây quấn, trụ sắt thường đểđứng Tiết diện trụ thường gần hình tròn và dây quấn cũng có dáng hình trụ tròn.Kết cấu này đơn giản, làm việc đảm bảo, dùng ít vật liệu, vì vậy hầu hết các máybiến áp điện lực hiện nay đều dùng

kiểu này

Hình 1.6 Kết cấu mạch từ kiểu trụ.

- Lõi sắt kiểu bọc: Kiểu này gông từ không những bao lấy phần trên và dâyquấn mà còn bao cả mặt trên của dây quấn Lõi sắt như bọc lấy dây quấn nên lấytên gọi đó Trụ thường để nằm ngang, tiết diện trụ thường có hình chữ nhật Máybiến áp kiểu này có ưu điểm là thường không cao nên vận chuyển dễ dàng, giảmđược chiều dài của dây dẫn từ dây quấn đến sứ ra; chống sét tốt vì hay dùng dâyquấn xen kẽ nên điện dung dây quấn lớn, điện dung đối với đất nhỏ nên sự phân

bố điện áp sét trên dây quấn đều hơn Nhưng khuyết điểm của loại này là chế tạophức tạp cả lõi sắt và dây quấn; các lá tôn silic nhiều loại kích thước khác nhaukhi dây quán quấn thành ống tiết diện tròn; trong trường hợp dây quấn quấnthành ống chữ nhật thì độ bền cơ kém vì các lực cơ tác dụng lên dây quấn khôngđều, tốn nguyên liệu Lõi sắt kiểu này thường thấy ở một số nước Tây Âu chế tạocho các biến áp lò điện

Hình 1.7 Lõi sắt kiểu bọc.

- Lõi sắt kiểu trụ - bọc: là kiểu trung gian giữa kiểu trụ và kiểu bọc Loạinày hay dùng trong các máy biến áp một pha hay ba pha với công suất lớn (hơn100.000 kVA một pha) và để giảm bớt chiều cao phải “san” gông sang hai bên

Hình 1.8 Kết cấu mạch từ kiểu trụ - bọc.

b Theo sự sắp sếp không gian giữa trụ và gông có thể phân biệt thành lõithép có mạch từ đối xứng và không đối xứng

c Theo phương pháp ghép trụ và gông có thể chia thành hai kiểu: lõi ghépnối và lõi ghép xen kẽ

- Lõi ghép nối là gông và trụ ghép riêng sau đó được đem nối với nhau nhờnhững xà và bu lông ép Ghép kiểu này đơn giản nhưng khe hở không khí giữatrụ và gông lớn, do không đảm bảo tiếp xúc tương ứng từng lá thép trụ và gôngvới nhau nên tổn hao và dòng điện không tải lớn, vì vậy ít dùng

Hình 1.9 Lõi sắt ba pha ghép nối.

- Lõi ghép xen kẽ là từng lớp lá thép của trụ và gông lần lượt đặt xen kẽnhau sau đó dùng xà ép và bu lông vít chặt lại Muốn lồng dây quấn vào thì dỡhết gông trên ra, cho dây quấn đã được quấn trên ống bakêlit lồng vào trụ Trụđược lèn chặt với ống bakêlit bằng cách nêm cách điện (gỗ, bakêlit, …) sau đóxếp lá thép vào gông như cũ và ép gông lại Để giảm bớt tổn hao do tính dẫn từkhông đẳng hướng khi ghép các lá thép ta có thể thêm những mối nối nghiêng

giữa trụ và gông ở bốn góc hay cắt vát góc lá thép kỹ thuật điện như hình dưới

dây (1.9, 1.10, 1.11,1.12) Phương pháp ghép xen kẽ đơn giản, kết cấu vững chắcnên được dùng rất phổ biến trong ngành chế tạo biến áp hiện nay

Hình 1.10 Lõi thép ghép xen kẽ mối nối thẳng

Hình 1.11 Lõi thép ghép xen kẽ mối nối nghiêng ở bốn góc.

Hình 1.12 Lõi thép ghép xen kẽ mối nối nghiêng ở sáu góc.

Hình 1.13 Lõi thép ghép xen kẽ hỗn hợp

1.1.4.2 Dây quấn Máy biến áp.

Dây quấn máy biến áp là bộ phận dùng để thu nhận năng lượng vào và truyền tảinăng lượng đi Trong biến áp hai dây quấn có dây quấn hạ áp (HA) nối vào lướiđiện có điện áp thấp và dây quấn cao áp (CA) nối vào lưới điện có điện áp caohơn

a Theo phương pháp bố trí dây quấn trên lõi thép có thể chia dây quấnbiến áp thành hai kiểu chính: đồng tâm và xen kẽ

- Dây quấn dồng tâm: Dây quấn HA và CA là những hình ống dạng đồngtâm đối với nhau, chiều cao (theo chiều trục) của chúng nên thiết kế bằng nhau vìnếu không sẽ sinh ra lực chiều trục lớn có tác dụng ép hoặc đẩy gông từ hay dâyquấn, không lợi về mặt kết cấu Khi bố trí dây quấn, dây quấn HA đặt trongcùng, dây quấn CA đặt ngoài Dây quấn CA đặt ngoài sẽ đơn giản việc rút đầudây điều chỉnh điện áp cũng như giảm được kích thước cách điện giữa các dâyquấn và giữa dây quấn với trụ sắt Dây quấn đồng tâm được dùng phổ biến trongcác máy biến áp điện lực với lõi sắt kiểu trụ

Hình 1.14 Dây quấn đồng tâm.

- Dây quấn xen kẽ: Cuộn CA và HA được quấn thành từng bánh có chiềucao thấp và quấn xen kẽ do đó giảm được lực dọc trục khi ngắn mạch Để giảmlực cơ theo hướng kính các bánh dây cố gắng thiết kế có đường kính gần bằngnhau Dây quấn xen kẽ có nhiều rãnh dầu ngang nên tản nhiệt tốt hơn nhưng vềmặt cơ thì kém vững chắc hơn so với dây quấn đồng tâm Mặt khác dây quấnkiểu này có nhiều mối hàn giữa các bánh dây trong khi đó dây quấn đồng tâm cóthể từ đầu đến cuối dây quấn không có mối hàn nào Loại dây quấn này chủ yếuđược dùng trong các máy biến áp lò điện hay trong một số máy biến áp khô đểđảm bảo sự làm mát được tốt

Hình 1.15 Dây quấn xen kẽ.

b Theo hình dáng tiết diện dây quấn có thể chia làm hai loại là: dây quấntròn và dây quấn chữ nhật Dây quấn tròn có dáng hình trụ và tiết diệnngang là hình tròn Dây quấn chữ nhật có tiết diện ngang là hình chữnhật và các góc uốn tròn Loại dây chữ nhật có ưu điểm là lấp đầy đượcphần không gian trong các dây quấn, nhưng có nhược điểm là chỗ gócuốn cong cách điện dễ bị yếu đi do rạn lứt lúc quấn dây, nhất là khi gócuốn nhỏ; độ bền cơ cũng cũng kém… Chính vì thế hầu hết các máy biến

áp điện lực hiện nay đều dùng loại dây quấn tròn vì kết cấu đơn giảnhơn, độ bền cơ, điện tốt hơn Loại dây quấn kiểu cuộn chữ nhật chỉ đượcdùng trong một số máy biến áp đặc biệt thường với lõi thép kiểu bọc vàdùng trong máy biến áp công suất nhỏ và rất nhỏ

1.1.4.3 Vỏ máy.

Vỏ máy biến áp là bộ phận bảo vệ lõi máy biến áp tránh tác động của các điềukiện ngoại cảnh như môi trường, khí hậu Vỏ máy biến áp dầu có 2 bộ phậnchính là thùng máy và nắp thùng

a Thùng máy.

Thùng máy thường được làm bằng thép, tùy vào dung lượng máy mà hìnhdáng và kết cấu thùng khác nhau Lúc máy biến áp làm việc, một phầnnăng lượng bị tiêu hao thoát ra dưới dạng nhiệt đốt nóng lõi thép, dâyquấn và các bộ phận khác nhau làm cho nhiệt dộ của chúng tăng lên Đểđảm bảo cho máy biến áp vận hành liên tục với tải định mức trong thờigian quy định và không bị sự cố, phải tăng cường làm mát bằng cáchngâm máy biến áp trong thùng dầu

Máy biến áp có kiểu hở và kiểu kín Máy biến áp ba pha kiểu hở là loạithiết bị biến áp 3 pha có chu trình làm mát qua bình dầu phụ, có cách tảnnhiệt theo dạng nan quạt Còn máy biến áp ba pha kiểu kín là loại máybiến thế 3 pha có khả năng làm mát bằng cách tự giãn nở Khi nhiệt độ bắt

đầu tăng cao thì những cánh này có thể tự giãn nở ra, khi đó các cánh cóthể được làm mát nhờ không khí được thổi trực tiếp qua.

Hình 1.16 Thùng máy biến áp phân phối.

Hình 1.17 Thùng máy biến áp công suất lớn.

b Nắp thùng.

Nắp thùng máy biến áp dùng để đậy thùng và trên đó đặt các chi tiết máyquan trọng như: Các sứ ra của đầu dây CA và HA, bình giãn dầu, ống bảohiểm, hệ thống rơle bảo vệ, bộ phận truyền động của bộ đổi nối các đầuđiều chỉnh điện áp của dây quấn CA

1.1.4.4 Một số chi tiết khác.

a Dầu máy biến áp.

Dầu máy biến áp có 2 chức năng chính: một là dầu lấp đầy các lỗ xốptrong vật liệu cách điện gốc sợi, các khoảng trống giữa các dây dẫn củacuộn dây và giữa cuộn dây với vỏ máy biến áp, làm nhiệm vụ cách điện vàtăng độ bền cách điện của lớp cách điện lên rất nhiều; hai là dầu có nhiệm

vụ làm mát, tăng cường sự thoát nhiệt do tổn hao công suất trong dây quấn

và lõi thép máy biến áp

b Sứ xuyên.

Các sứ ra của dây dẫn HA và CA làm nhiệm vụ cách điện giữa dây dẫn ravới vỏ máy Tùy theo điện áp của MBA mà dùng sứ cách điện loại thườnghay loại có dầu Điện áp càng cao thì kích thước và trọng lượng của sứcàng lớn Ta có thể chọn sứ theo TCVN 5169:1993 về sứ xuyên

Cấp điện áp, kV Chiều dài đường rò, mm, không nhỏ hơn

610

15

20

35

158240270360595

Bảng 1.1 Quy định về chiều dài của đường rò trên mặt sứ xuyên.

Theo TCVN 5170:1990, khoảng cách giữa các trục của các sứ đối với cấpđiện áp 22kV là 400 (mm)

Nhìn vào cửa sổ chị thị dầu để biết được mức dầu hiện tại trong máy Nhưhình 1.21, máy biến áp đầy dầu khi chỉ thị màu trắng, ngược lại chỉ thịmàu đỏ là thiếu dầu.

Hình 1.21 Chỉ thị dầu khi máy biến áp đầy dầu và thiếu dầu.

e Nối đất

Trong quá trình vận hành, khi xảy ra hiện tượng chạm chập, dòng điện

có thể bị rò ra trụ sắt, xà ép hoặc vỏ máy biến áp Do đó, để đảm bảo antoàn cho người vận hành bắt buộc MBA cần phải được nối tiếp địa

Hình 1.22 Nối đất trên nắp máy Hình 1.23 Nối dất dưới đáy thùng.

f Thanh điều chỉnh điện áp.

Máy biến áp thông thường được thiết kế điều chỉnh điện áp ở các cấp độ

±2,5%, ±5% M c ích chính c a vi c i u ch nh là thay i t s máyụ đ ủ ệ đ ề ỉ đổ ỉ ố

bi n áp n nh u raế để ổ đị đầ Các u dây i u ch nh đầ đ ề ỉ được n i thông quaố

m t thi t b i u ch nh nh hình 1.24.ộ ế ị đ ề ỉ ư

Hình 1.24 Thanh điều chỉnh điện áp

1.1.5 Nguyên lý làm việc của Máy biến áp.

Máy biến áp làm việc dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ

Nguồn cấp đến máy biến áp là đối xứng, máy biến áp làm việc với tải đối xứngnên có thể coi máy là đối xứng Chúng ta có thể xét 1 pha của máy biến áp 3 pha:

Hình 1.25 Sơ đồ nguyên lý làm việc của máy biến áp.

Khi đặt một điện áp xoay chiều u1 vào dây quấn 1 sẽ có dòng điện i1 trong dâyquấn 1, dòng điện i1 sinh từ sức từ động F=i1.w1, sức từ động này sinh ra từthông móc vòng cả hai dây quấn 1 và 2 Theo định luật cảm ứng điện từ trongdây quấn 1 và 2 sẽ sinh ra sức điện động cảm ứng e1 và e2 nếu dây quấn 2 nối vớimột tải bên ngoài Z t thì dây quấn 2 sẽ có dòng điện i2 đưa ra với điện áp u2 Nhưvậy năng lượng của dòng điện xoay chiều đã được truyền từ dây quấn 1 sang dâyquấn 2

1.1.6 Quy trình thiết kế một Máy biến áp.

Khi thiết kế một máy biến áp ba pha hai dây quấn cần phải cho những thông sốdưới đây:

- Công suất toàn phần (kvA)

1 Xác định các đại lượng điện cơ bản

- Tính dòng điện pha, điện áp pha của các dây quấn

- Xác định điện áp thử của các dây quấn

- Xác định các thành phần của điện áp ngắn mạch

2 Lựa chọn tính toán các kích thước chủ yếu

- Chọn kết cấu lõi thép

- Chọn loại và mã hiệu tôn silic, cách điện, chọn tử cảm của lõi thép

- Chọn các kết cấu và xác định khoảng cách cách điện chính của dây quấn

- Tính toán sơ bộ MBA và chọn quan hệ kích thước chủ yếu theo nh ngβ ữ

tr s Pị ố 0, Pn, i0, un đã cho

3 Tính toán dây quấn HA và CA

- Chọn kết cấu dây quấn HA và CA

- Tính toán dây quấn HA

- Tính toán dây quấn CA

4 Tính toán ngắn mạch

- Xác định tổn hao ngắn mạch

- Xác định điện áp ngắn mạch

- Tính lực cơ học của dây quấn khi MBA bị ngắn mạch

5 Tính toán cuối cùng về hệ thống mạch từ và các tham số không tải củaMBA

- Xác định kích thước cụ thể của lõi thép

- Xác định tổn hao không tải

- Xác định dòng điện không tải

- Tính toán hiệu suất

6 Tính toán nhiệt và hệ thống làm việc của MBA

- Lựa chọn kết cấu thùng và bộ tản nhiệt

- Kiểm tra tiêu chuẩn về nhiệt dộ chênh

- Tính toán gần đúng trọng lượng máy và trọng lượng dầu

Hình 1.26 Lưu đồ thuật toán thiết kế máy biến áp

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

2.1 Các đại lượng cơ bản của Máy biến áp.

Yêu cầu bài toán là thiết kế máy biến áp 3 pha, 3 trụ với các thông số cơ bản đãđược cho sẵn Dựa vào các số liệu ban đầu của yêu cầu thiết kế ta cần phải xácđịnh được các đại lượng điện cơ bản sau đây

2.1.1 Dung lượng 1 pha:

U f 1=U1

√3= 400√3 =230,94(V )

2.1.6 Điện áp thử dây quấn:

Với máy biến áp có cấp điện áp là 26/0,4 kV theo bảng [2] ta có điện áp thửdây quấn là:

- Dây quấn CA: U th 2 =55(kV )

- Dây quấn HA: U th 1 =5(kV )

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

Ta nhận thấy, mục đích chính của việc tính toán thiết kế tối ưu là thiết kế ra cácMBA vừa thỏa mãn các thông số kĩ thuật yêu cầu, có kích thước hợp lý, kết cấuđảm bảo độ bền cơ, điện, nhiệt đồng thời chi phí vật tư ít nhất có thể, do đó cần

có những phương án phù hợp nhất để lựa chọn Kích thước cơ bản của MBAđược kí hiệu như hình dưới đây

- d: đường kính trụ sắt

- a1: độ dày dây quấn HA

- a2: độ dày dây quấn CA

- l0: khoảng cách từ dây quấn tới gông

- C: khoảng cách giữa hai tâm trụ

- a01: khoảng cách giữa trụ và cuộn HA

- a12: khoảng cách giữa cuộn HA và cuộn CA

Hình 2.1 Các kích thước cơ bản của MBA.

2.2.1 Chiều rộng quy đổi của rãnh từ tản giữa dây quấn HA và CA.

Với U th 2 = 55 (kV), theo bảng [19] ta chọn được a12 = 20 (mm) Trong rãnh a12

2.2.2 Hệ số quy đổi từ trường tản.

Hệ số Rogovski với một dải công suất và điện áp nói chung thay đổi rất ít, tathường lấy k r = 0,95.

2.2.3 Cắt lá tôn.

Do tôn cán lạnh có tính dẫn từ không đẳng hướng như vậy, nên việc ghép nốigiữa trụ và gông không thể thực hiện theo kiểu nối vuông góc như tôn cán nóng.Bởi vì khi nối vuông gó toàn bộ khối thép ở vùng nối khá lớn làm tang tổn haosắt

Nối nghiêng tốt nhất (cắt chéo lá tôn) thì vùng nối sẽ nhỏ giảm tổn hao sắt đáng

kể

Do đó ta chọn mạch từ ghép xen kẽ với 6 mối nối xiên gồm 4 mối nối ở 4 góc và

2 mối nối ở giữa

Sau khi cắt lá tôn, do tính chất khí hậu nước ta nóng ẩm nên việc sử dụng giấycách điện sẽ làm cho điện trở cách điện bị giảm nhiều, nên người ta sẽ dung sơnphủ cách điện cho những máy biến áp công suất lớn Các lá thép sẽ được ủ saukhi cắt dập để phục hồi và tang từ tính lên Các loại tôn cán lạnh hiện nay cònđược phủ một lớp chịu nhiệt ở hai mặt của lá tôn.

a, Mối nối thẳng b, Mối nối nghiêng

Hình 2.2 Mối nối giữa gông và trụ

2.2.4 Chọn vật liệu chế tạo lõi thép.

Việc chế tạo lõi thép có thể sử dụng thép lá silic hoặc kim loại vô định hình Amorphous Tuy nhiên với thiết kế MBA phân phối, dựa vào ưu nhược điểm của từng loại, ta chọn vật liệu chế tạo lõi thép là thép silic, thành những lá thép mỏng.Lựa chọn lá thép cán lạnh mã hiệu ATSM X0 CARLITE DR oại tôn M4X có độdày 0,283mm để đảm bảo tổn hao trong khoảng cho phép của đề bài

B' ' k =B t =1,6(T )

Bảng 2.1 Suất tổn hao của thép ASTM X0 CARLITE DR

Với BT = 1,6 (T) ; B g =1,576(T ) ; B' k = 1,131 (T), ta nội suy từ bảng 2.1 Ta có:

- Suất tổn hao ở trụ và gông: pt = 0,6191,08 (W/kg); pg = 0,5991,035

Chọn theo U th 2 =55(kV ) , ta có các khoảng cách cách điện chính như sau:

- Giữa trụ và dây quấn HA: a01 = 15 (mm) (b ng 18).ả

Hình 2.2 Bảng 18 Cách điện chính Khoảng cách tối thiểu của dây quấn

HA có tính đến các yêu cầu kết cấu.

Hình 2.3 Bảng 19 Cách điện chính và khoảng cách tối thiểu của dây quấn CA có tính đến các yêu cầu kết cấu

Sự lựa chọn hệ số β không những ảnh hưởng đến mối tương quan khối lượng vậtliệu thép, dây đồng mà còn ảnh hưởng đến các thông số kỹ thuật như: Tổn haokhông tải, tổn hao ngắn mạch…

Về mặt kinh tế: Nếu máy biến áp có cùng công suất, điện áp, các số liệu suất phát

và các thông số kỹ thuật thì khi β nhỏ, máy biến áp ‘‘gầy’’ và cao, nếu β lớn thìmáy biến áp ‘‘béo’’ và thấp, với những trị số khác nhau thì tỷ lệ trọng lượng sắt

và trọng lượng đồng trong máy biến áp cũng khác nhau, β nhỏ trọng lượng sắt ít,lượng đồng nhiều, β tăng lên thì lượng sắt tăng lên, lượng đồng nhỏ lại

Việc chọn β thích hợp không chỉ ảnh hưởng đến kích thước mà còn ảnh hưởng đến vật dụng chế tạo MBA, dẫn đến ảnh hưởng giá thành sản suất

Về mặt kỹ thuật: Hệ số β ảnh hưởng trực tiếp đến tổn hao, dòng không tải, …

Vì vậy phải chọn β sao cho tối ưu nhất về mặt kinh tế, mặt khác vẫn đảm bảo cáctham số P0,P n , i %,u n.

Để chọn được chính xác ta cần lập bảng xét các trị số β, với MBA dầu công suất1250kVA, điện áp 26kV, chọn β chạy từ 1,8 – 2,4 bảng 17

- Bước đầu ta cần xác định đường kính trụ sắt Đường kính trụ sắt được tínhtheo công thức d = A x (trong đó x=√4 β )

- A là 1 hằng số:

A=0,507.4√ S ' a r .k r

f U nx .B t2.k 1 d2

S ’=416,667 kVA : Công suất trên mỗi trụ.

f = 50 Hz : Tần số

a r =0,043 m : Chiều rộng qui đổi từ trường tản

- Trọng lượng dây quấn (đối với dây bằng đồng):