(Tiểu luận) bài tập lớnmôn thiết kế máy điện đề tài thiết kế máy biến áp ba pha ngâm dầu

Là điện áp dây của cuộn thứ cấp khi máy biến áp không tải và điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp là định mức.. Tuy nhiên, nhiệt độ cho phép của dây quấn máybiến áp được quyết định không chỉ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA ĐIỆN

BÀI TẬP LỚNMÔN: THIẾT KẾ MÁY ĐIỆN

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MÁY BIẾN ÁP BA PHA NGÂM DẦU

Giáo viên hướng dẫn : T.S Lê Anh Tuấn

Hà Nội 2023

KHOA ĐIỆN Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN

PHIẾU GIAO ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ MÁY ĐIỆN Họ và tên SV: Lý Xuân Tới

TÊN ĐỀ TÀI: Thiết kế máy biến áp ba pha ngâm dầu

1 Số liệu phục vụ tính toán, thiết kế máy biến áp

Đề tài: Thiết kế máy biến áp dầu có các thông số sau: S đm = 630kVA, điện áp:

U=35±2x2.5%/0.4 kV, tổ đấu dây: Dyn11, tổn hao không tải P 0 = 745W, dòng điện không tải i 0 = 1.5%, tổn hao ngắn mạch P n = 5570W, điện áp ngắn mạch u n = 4-6%.

đầu

1.1 Giới thiệu chung về máy biến áp1.2 Giới thiệu chung về thiết kế máy biến áp1.3 Quy trình, các tiêu chuẩn thiết kế máy biến áp1.4 Nhận xét, kết luận chương 1

Chương 2: Thiết kế máy biến áp

a Giới thiệu mục tiêu thiết kế

b Tính toán các tham số cơ bản của máy biến áp

e Tính toán hệ thống mạch từ

f Tính toán nhiệt máy biến áp

g Nhận xét, kết luận chương 2

3.1 Kết luận3.2 Kiến nghị3.3 Hướng phát triển của đề tài

TCVN: 1011-2015; TCVN: 3079-2015; TCVN: 2015; TCVN: 6036-1:2015,…

Thực hiện theo biểu mẫu “BM03” về QUY CÁCHCHUNG CỦA BÁO CÁO TIỂU LUẬN/BTL/ĐỒ ÁN/DỰ ÁNtrong Quyết định số 815/ QĐ-ĐHCN ngày 15/08/2019

6 Về thời gian thực hiện đồ án:

Ngày giao đề tài: 11/01/2023 Ngày hoàn thành: 00/00/2023

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

TS Lê Anh Tuấn

Chúng ta đang sống trong thời đại với sự phát triển không ngừng của khoa học kĩ thuật, một thời đại mà sự nghiệp công nghiệp hóa hiện đại hóa được đặt lên hàng đầu Nói đến công nghiệp hóa, hiện đại hóa thì không thể tách rời được ngành điện, ngành điện đóng một vai trò mấu chốt trong quá trình đó Trong ngành điện thì công việc thiết kế máy điện là một khâu vô cùng quan trọng, nhờ có các kĩ sư thiết kế máy điện mà các máy phát điện mới được ra đời cung cấp cho các nhà máy điện Khi điện đã được sản xuất ra thì phải truyền tải điện năng tới nơi tiêu thụ, trong quá trình truyền tải điện năng đó thì không thể thiếu được các máy biến áp điện lực dùng để tăng và giảm điện

áp lưới sao cho phù hợp nhất đối với việc tăng điện áp lên cao để tránh tổn thất điện năng khi truyền tải cũng như giảm điện áp cho phù hợp với nơi tiêu thụ Vì lí do đó mà máy biến áp điện lực 3 pha (MBAĐL3P) ngâm dầu là một bộ phận rất quan trọng trong hệ thống điện MBAĐL 3 pha ngâm dầu là loại máy được sử dụng rất phổ biến hiện nay do những ưu điểm vượt trội của loại máy này có được Nhờ đó mà MBAĐL3P ngâm dầu ngày càng được sử dụng rộng rãi hơn và không ngừng được cải tiến sao cho phù hợp với nhu cầu của người

sử dụng Bằng tất cả cố gắng của mình, với những kiến thức nhận được từ thầy cô và sự hướng dẫn tận tình của thầy Lê Anh Tuấn, em đã hoàn thiện được phần bài tập lớn của môn học.

CHƯƠNG 1: PHẦN MỞ ĐẦU 1

1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY BIẾN ÁP 1

1.1.1 Định nghĩa 1

1.1.2 Nguyên lý làm việc 1

1.1.3 Các đại lượng định mức 3

1.1.4 Cấu tạo 5

1.1.5 Chọn vật liệu trong việc thiết kế chế tạo máy biến áp 9

1.2 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ THIẾT KẾ MÁY BIẾN ÁP 10

1.3 QUY TRÌNH, CÁC TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ MÁY BIẾN ÁP .11

1.3.1 Quy trình thiết kế máy biến áp 11

1.3.2 Các tiêu chuẩn thiết kế 12

1.4 NHẬN XÉT, KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 15

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ MÁY BIẾN ÁP 17

2.1 GIỚI THIỆU MỤC TIÊU THIẾT KẾ 17

2.2 TÍNH TOÁN CÁC THAM SỐ CƠ BẢN CỦA MÁY BIẾN ÁP 17

2.2.1 Ý nghĩa của thông số ban đầu 17

2.2.2 Xác định đại lượng điện cơ bản của máy biến áp 19

2.2.3 Xác định hình dáng chủ yếu của máy biến áp 20

2.2.4 Chọn thông số cơ bản cho máy biến áp 21

2.2.5 Tính toán các thông số máy biến áp 23

2.3 TÍNH TOÁN DÂY QUẤN MÁY BIẾN ÁP .27

2.3.1 Yêu cầu vận hành 27

2.4 TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH 35

2.4.1 Xác định tổn hao ngắn mạch 35

2.4.2 Xác định điện áp ngắn mạch 38

2.4.3 Tính dòng điện ngắn mạch cực đại 39

2.4.4 Tính lực cơ giới lúc ngắn mạch 40

2.4.5 Tính ứng suất của dây quấn 41

2.5 TÍNH TOÁN HỆ THỐNG MẠCH TỪ 42

2.5.1 Chọn vật liệu 42

2.5.2 Chọn kết cấu mạch từ 42

2.5.4 Tính tổn hao không tải 50

2.5.5 Hiệu suất của máy biến áp 53

2.5.6 Chi phí vật liệu tác dụng là 53

2.6 TÍNH TOÁN NHIỆT MÁY BIẾN ÁP 53

2.6.1 Đại cương 53

2.6.2 Tính toán cụ thể nhiệt của máy biến áp 54

2.7 NHẬN XÉT, KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 63

CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI65 3.1 KẾT LUẬN 65

3.2 KIẾN NGHỊ 65

3.3 HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 65

TÀI LIỆU THAM KHẢO 67

Hình 1 1: Máy biến áp ba pha ngâm dầu công suất 630kVA 1

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

Hình 1 3: Các kiểu đấu dây 5

Hình 1 4: Mạch từ MBA 5

Hình 1 5: Lõi sắt của máy biến áp 3 pha dây quấn kiểu trụ 6

Hình 1 6: Lõi sắt MBA 3 pha kireeur bọc 7

Hình 1 7: Ghép nối 7

Hình 1 8: Ghép xen kẽ 8

Hình 1 9: a) Dây quấn đồng tâm b) Dây quấn xen kẽ 9

Hình 2 1: Các kích thước chủ yếu của máy biến áp 19

Hình 2 2: Xác định chiều cao của vòng dây 29

Hình 2 3: Xác định kích thước đường kính của dây 30

Hình 2 4: Tiết diện hình chữ nhật 43

Hình 2 5: Loại mạch từ 3 trụ 43

Hình 2 6: Mạch từ loại 5 trụ 44

Hình 2 7: Dạng mạch từ kiểu bọc 44

Hình 2 8: Mối nối tù của thép nguội nga 45

Hình 2 9: Dây quấn đồng trục đơn giản 46

Hình 2 10: Dây quấn phân tán 46

Hình 2 11: Bộ tản nhiệt kiểu ống thẳng 59

Hình 1 1: Máy biến áp ba pha ngâm dầu công suất 630kVA

Đầu vào của máy biến áp được nối với nguồn điện ,được 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 vào sơ cấp ta có máy biến áp tăng áp.

Khi điện áp đầu ra thứ cấp nhỏ hơn điện áp vào sơ cấp ta có máy biến áp hạ áp 1.1.2 Nguyên lý làm việc

Ta xét sơ đồ máy biến áp một pha hai dây quấn Dây quấn 1 có

w 1 vòng dây, dây quấn 2 có w 2 vòng dây được quấn trên lõi thép 3.

Hình 1 2: Sơ đồ nguyên lý làm việc của máy biến áp 1 pha 2 dây quấn

Khi đặt một điện áp u 1 xoay chiều vào dây quấn 1 trong đó sẽ có dòng điện i 1 , trong lõi thép sẽ sinh ra từ thông φ móc vòng với cả 2 dây quấn 1 và

2, cảm ứng ra sức điện động e 1 và e 2 Dây quấn 2 sẽ có sức điện động sẽ

sinh ra dòng điện i 2 đầu ra tải với điện áp u 2 Như vậy năng lượng của dòng

điện xoay chiều đã được truyền từ dây quấn 1 sang dây quấn 2.

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

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

( 1 ) và ( 2 ) ta thấy sức điện động cảm ứng trong dây quan chậm pha so với từ thông sinh ra một gócπ2 Dựa vào biểu

thức ( 3 ) và ( 4 ) , người ta định nghĩa hệ số máy

E U

Nếu không kể điện áp rơi trên dây quấn thì có thể coi E 1 = U 1;

E 2 = U 2

E 1

Suy ra: k= E 2 ≈ UTrong đó, k được coi là hệ số của máy biến áp

1.1.3 Các đại lượng định mức

Các đại lượng đại lượng định mức của máy biến áp quy định

điều kiện kỹ thuật của máy 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 ( S dm )

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: U1 dm

Là điện áp của dây quấn sơ cấp tính bằng V hay kV Nếu dây quấn sơ cấp

có các đầu phân nhánh thì người ta ghi cả điện áp định mức của đầu nhánh.

1.1.3.3 Điện áp dây thứ cấp định mức: U2 dm

Là điện áp dây của cuộn thứ cấp khi máy biến áp không tải và

điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp là định mức Đơn vị là: kV, V.

1.1.3.4 Dòng điện dây định mức sơ cấp I1 dm và thứ cấp I2 dm

Là những dòng điện dây của dây quấn sơ cấp và thứ cấp ứng với công suất và

điện áp định mức Đơn vị A, kA Dòng điện dây định mức có thể tính như sau:

Đối với máy biến áp 1 pha:

1.1.3.6 Dòng điện không tải I 0 %

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 Ngày nay người ta sử dụng thép tốt để chế tạo máy biến áp nên dòng I 0 giảm I 0 % biểu thị bằng phầm trăm so với dòng điện định mức I dm

1.1.3.7 Tổ đấu dây của máy biến áp

Trong các máy biến áp ba pha các cuộn dây có thể nối lại với nhau thành hình sao (Y), tam giác ( ∆ ¿ hay nối ziczac Khi nối sao ta lấy ba đầu cuối nối chung

và 3 đầu còn lại để tự do (hình a), nối tam giác thì đầu cuối của pha này nối với đầu của pha kia (hình b) Khi nối ziczac cuộn dây của mỗi pha được chia làm hai nửa và được quấn trên hai trụ khác nhau, hai nửa này được nối tiếp ngược nhau (hình c) Kiểu nối ziczac thường rất ít dùng vì tốn nhiều đồng hơn và chỉ gặp trong các máy biến áp dùng cho thiết bị chỉnh lưu hoặc trong máy biến áp đo lường để hiệu chỉnh sai số về góc lệch pha.

Vậy: Tổ đấu dây của máy biến áp được hình thành do sự phối hợpkiểu nối dây sơ cấp so với kiểu nối dây thứ cấp và nó biểu thị góclệch pha giữa điện áp dây sơ cấp và thứ cấp của máy biến áp.

Hình 1 3: Các kiểu đấu dây

Máy biến áp thường dùng các phần chính sau: lõi thép (mạchtừ), dây quấn, hệ thống làm mát và vỏ máy

1.1.4 Cấu tạo

1.1.4.1 Lõi thép và kết cấu:

Trong máy biến áp lõi thép dùng làm mạch dẫn từ và khungcho dây quấn, lõi thép được ghép những lá thép bằng xà ép hoặcbulong tạo thành bộ khung cho máy biến áp, trên nó còn bắt cácđầu dây dẫn ra nối với các sứ xuyên hoặc giá đỡ nắp máy

Hình 1 4: Mạch từ MBA

Lõi sắt gồm hai phần : Trụ T và Gông G

- Trụ là phần lõi sắt có lồng dây quấn , gông là phần lõi sắt không lồng dây quấn dùng để khép kín mạch từ giữa các mạch từ với nhau.

- Thường phần lõi sắt theo sự sắp xếp tương đối giữa trụ gông và dây

quấn

b) Lõi sắt kiểu trụ : Ở đây dây quấn ôm lấy trụ sắt Gông từ không bao lấy mặt ngoài của dây quấn Trụ sắt thường để đứng, tiết diện gồm nhiều bậc thang nên đường bao gần hình tròn và dây quấn thành hình trụ tròn Kết cấu đơn giản chịu được ứng suất do lực điện động gây ra tốt.

Hình 1 5: Lõi sắt của máy biến áp 3 pha dây quấn kiểu trụ

1- Gông 2- Trụ 3- Tiết diện trụb) Lõi sắt kiểu bọc: Gông trụ bọc ngoài dây quấn, trụ thường để nằm ngang, tiết diện trụ hình chữ nhật Ưu điểm là máy biến áp không cao nên vận

chuyển dễ dàng Ở kiều này dây quấn cao áp và hạ áp thường quấn xen

kẽ nhau nên chống sét tốt Nhược điểm là khó chế tạo hơn, độ bền cơ học kém ( các lực tác dụng lên dây quấn không đều, tốn nguyên liệu).

Hình 1 6: Lõi sắt máy biến áp 3 pha kiểu bọc

1-Trụ 2-Gông 3-Dây quấn

Ngoài ra, người ta còn thiết kế kiểu lõi sắt trung gian giữa kiểu

Hình 1 7: Ghép nối

+ Ghép xen kẽ : từng lá thép của trụ và gông được ghép xen kẽ theo vị trí 1 và

2 sau đó dung bu lông hoặc xà ép bắt chặt lại Phương pháp

này dễ chế tạo, kết cấu vững chắc, ít tổn hao nên thường dùng

đồng tâm với nhau thường thì có chiều cao bằng nhau Khi bố trí dây thì cuộn hạ áp đặt trong cùng cuộn cao áp đặt ngoài cùng, làm như vậy dễ điều chỉnh cấp điện áp

và giảm kích thước rãnh cách điện giữa các cuộn dây và cuộn dây với lõi sắt.

b) Loại xen kẽ: Dây cao áp và hạ áp được quấn thành hình bánh

có chiều cao khác nhau và quấn xen kẽ nhau

Ngoài ra, dây quấn phụ thuộc vào hình dáng, tiết diện cuộndây chia làm hai loại: dây quấn tròn và hình chữ nhật

Hình 1 9: a) Dây quấn đồng tâm b) Dây quấn xen kẽ

1.1.4.3 Hệ thống làm mát

Khi máy biến áp làm việc , lõi sắt và dây quấn đều có tổn hao dẫn đến máy biến áp phát nóng Muốn làm việc lâu dài và tăng tuổi thọ cho máy biến áp phải giảm nhiệt độ xuống Có thể làm nguội bằng không khí

tự nhiên hoặc dầu máy biến áp, với loại công suất nhỏ người ta thường làm mát bằng không khí ( loại >1000KVA làm mát bằng dầu).

Đề tài này chúng ta thiết kế máy biến áp công suất nhỏ(630kVA) làm mát bằng dầu

1.1.5 Chọn vật liệu trong việc thiết kế chế tạo máy biến áp

Việc chọn lựa vật liệu thiết kế máy biến áp nhằm mục đích cải

thiện các đặc tính của máy biến áp như :

- Giảm tổn hao năng lượng, kích thước, trọng lượng

- Đảm bảo độ tin cậy, đảm bảo chất lượng

- Vật liệu rẻ, dễ kiếm Vật liệu trong máy biến áp thường có 3 loại:

+ Vật liệu tác dụng : dùng để dẫn điện như dây quấn, dẫn từ như lõi thép.

+ Vật liệu cách điện : dùng để cách điện các phần tử trong máy biến

áp (như carton cách điện, sứ, sơn emay, dầu biến áp….)

+ Vật liệu kết cấu : dùng để bảo vệ và giữ cố định máy biến áp ( bulông, xà ép, vỏ máy)

Vật liệu quan trọng trong việc thiết kế chế tạo máy biến áp là tôn silic Lõi thép máy biến áp được dùng chủ yếu là thép cán nguội Nga 3404 dày 0.35mm Để giảm suất tổn hao, đồng thời tăng độ từ cảm trong lõi thép lên 1.6 ÷1.65 tesla Do đó, suất tổn hao giảm, trọng lượng và kích thước giảm đảm bảo chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật, đặc biệt

là chiều cao giảm đáng kể thuận tiện cho di chuyển lắp đặt.

Vật liệu quan trọng thứ hai là kim loại làm dây quấn Người

ta thường dùng dây quấn làm bằng đồng vì: điện trở suất nhỏ,dẫn điện tốt, dễ gia công Đảm bảo độ bền cơ điện tốt…

Trong thiết kế máy biến áp, có hai loại dây dẫn thườngđược dùng là đồng và nhôm Mặc dù, nhôm có những ưu điểmnhư rẻ, dễ kiếm, nhẹ nhưng điện trở suất cao hơn, độ bền cơkém, khó gia công nên người ta chọn đồng làm dây quấn

Về vật liệu cách điện, thông thường người ta dùng dây quấncách điện bọc bằng giấy cáp Ở đây theo yêu cầu thiết kế ta dùngcấp cách điện B Tuy nhiên, nhiệt độ cho phép của dây quấn máybiến áp được quyết định không chỉ ở cấp cách điện của máy biến

áp mà còn phụ thuộc nhiệt độ cho phép của dầu làm mát biến áp

Người ta thường dùng sơn emay do mỏng hơn, cách điện tốt hơn, độ bền cơ và tính chịu nhiệt cũng tốt hơn giấy cáp tuy nhiên giá thành cao hơn.

1.2 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ THIẾT KẾ MÁY BIẾN ÁP

Nhiệm vụ của người thiết kế máy biến áp là tính toán thiết

kế ra một MBA đảm bảo tính năng kỹ thuật của sản phẩm và đáp ứng theo tiêu chuẩn của nhà nước đề ra hoặc thỏa mãn nhu cầu của khách hàng Công việc thiết kế thường qua ba giai đoạn:

a) Nhiệm vụ kỹ thuật:

Chủ yếu định rõ công dụng của sản phẩm, phạm vi sử dụng, tạm thời định hình dáng của máy biến áp như kết cấu, phương thức làm nguội.

b) Tính toán điện từ, thường qua các khâu chính sau đây: - Tính các kích thước chủ yếu

- Thiết kế cuộn dây, kết cấu cách điện của chúng

- Tính toán và kiểm nghiệm các đặc tính về

điện, từ; cơ - Tính toán cụ thể lõi sắt

- Tính toán nhiệt và thiết kế vỏ máy

c) Thiết kế thi công

Tính toán và vẽ đầy đủ các chi tiết kết cấu toàn bộ máy Tính toán kinh tế về sản phẩm chế tạo Để đảm bảo cho việc tính toán hợp lý, tốn ít thời gian,việc thiết kế máy biến áp sẽ lần lượt được tiến hành theo một trình tự nhất định.

Khi tính toán cần chú ý các số liệu sau đây:

1 Dung lượng máy biến áp: S(kVA)

8 Các điều kiện khác: điều kiện của tải, điều kiện môi trường

9 Các tiêu chuẩn hoặc nhu cầu của khách hàng:

* Điện áp ngắn mạch

* Tổn hao ngắn mạch

* Tổn hao không tải

* Dòng điện không tải

Một máy biến áp tốt phải đạt được chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật cao nghĩa là vừa phải thỏa mãn về kích thước và phải đảm bảo về độ bền về điện, cơ, nhiệt.

1.3 QUY TRÌNH, CÁC TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ MÁY BIẾN ÁP.1.3.1 Quy trình thiết kế máy biến áp

Tính toán kích thước chủ yếu của máy biến áp

Thiết kế mạch từ

Tính toán dây quấn

Tính toán tham số không tải

Tính toán cuối cùng mạch từ

Tính toán nhiệt máy biến áp

Kết cấu máy biến áp

1.3.2 Các tiêu chuẩn thiết kế

Một trong những nhiệm vụ của ngành thiết kế máy biến áp là xác định được những yêu cầu riêng cho các máy biến áp Phản ánh được yêu cầu về vận hành và điều kiện làm việc của nó Đảm bảo sự phát nóng cho phép, khả năng về quá tải, sơ đồ tổ đấu dây, điện áp định mức, điều chỉnh về điện áp, các đặc tính về không tải, ngắn mạch… Do yêu cầu về mở rộng thang công suất, điện áo và nâng cao chất lượng điện năng cũng như tính năng của máy biến áp, nhiều tiêu chuẩn mới của máy biến áp được đưa ra ở đây ta thiết kế máy biến áp công suất 630kVA, điện áp 35±2x2.5%/0.4 kV, làm mát bằng dầu.

Công Suất Làm lạnh bằng Số pha Điện áp

So với tiêu chuẩn cũ thì tiêu chuẩn mới có những yêu cầu cao hơn như:

Tổn hao giảm đáng

kể Hiệu suất tăng lên.

Giảm mức tăng nhiệt độ của dây quấn

Mở rộng phạm vi điều chỉnh điện áp lưới tải

Tăng cường trang thiết bị máy biến áp kiểm tra chất lượng và bảo quản.

Máy biến áp điện lực được chế tạo với tính năng được quy định theo tiêu chuẩn nhà nước như sau

1.3.2.1 Tiêu chuẩn việt nam 6391-1-1998

Điều kiện làm việc của máy biến áp Độ cao không quá 100m so với mực nước biển, nhiệt độ của không khí xung quanh nằm trong phạm vi -20 ° C đến 40

° C Trong trường hợp này biến áp được làm nguội bằng nước thì nhiệt

độ nước đầu vào không vượt quá 25° C

Về dòng công suất: Các giá trị ưu tiên của công suất định mức đối với máy biến áp công suất đến 10MVA được chọn theo dãy R10 của 10; 16; 25; 63; 100; 160; 250; 400; 630; 1000; 1600; 2500; 4000; 6300; 10.000kVA Nếu là máy biến áp một pha thì công suất lấy bằng 1/3 số liệu tâm.

Về điện áp có các mức sau: 0,22; 0,38; 3,6; 10; 22; 35; 110; 220; 500kV Tiêu chuẩn cũng có qui định ký hiệu về cách đấu nối với góc lệch pha trong máy biến áp 3 pha như sau: Kiểu nối sao, tam giác hoặc ziczac các dây pha của máy biến áp 3 pha được đánh dấu bằng các chữ Y, D và

Z cho các cuộn dây cao áp và y, d, z cho các cuộn dây hạ áp Nếu điểm trung tính của cuộn dây nối với Y(y) hoặc Z(z) được đưa ra ngoài thì vực đánh dấu phải YN(yn) hoặc ZN(zn) cho các phía cao áp và hạ áp.

Các ký hiệu bằng chữ liên quan đến cuộn dây khác nhau của một máy biến áp đều được ghi theo thứ tự giảm dần của điện áp định mức.

Sự lệch pha của cuộn dây 3 pha giữa điện áp dây thứ cấp máy biến áp 3 pha so với điện áp dây sơ cấp thường được chỉ thị bằng các chỉ số của đồng hồ giờ, trong đó vecto điện áp sơ cấp luôn chỉ số

12 trên mặt đồng hồ tượng trưng cho kim phút Vecto điện áp thứ cấp

sẽ lệch pha tương ứng với các vị trí lần lượt chỉ các giờ trong đó số

12 có thể coi là số 0 (chỉ số càng cao thì sự chậm pha càng lớn).

1.3.2.2 Tiêu chuẩn cấp chịu nhiệt (tiêu chuẩn việt nam 6306-2:2006) Đối với máy biến áp kiểu khô: Nhiệt độ chuaant phải theo các yêu cầu chung cho thử nghiệm trong tiêu chuẩn việt nam 6306-11 (IEC 60076-11) Đối với máy biến áp ngâm trong chất lỏng có độ tăng nhiệt trung bình danh định của cuộn dây nhỏ hơn hoặc bằng môi chất làm mát bên trong.

Nhiệt độ chuẩn là 75° C;

Theo tiêu chuẩn của khách hàng, nhiệt độ chuẩn là độ tăng nhiệt trung bình danh định của cuộn dây +20 ° C , hoặc độ tăng nhiệt trung bình danh định của cuộn dây cộng với nhiệt độ trung bình môi chất làm mát bên ngoài hàn năm, chọn nhiệt độ nào cao hơn.

Đối với máy biến áp ngâm trong chất lỏng có độ tăng nhiệt trung bình danh định khác cuộn dây, nhiệt độ chuẩn bằng với độ tăng nhiệt trung bình danh định của cuộn dây +20 ° C , hoặc độ tăng nhiệt trung bình danh định của cuộn dây cộng với nhiệt độ trung bình môi chất làm mát bên ngoài hàn năm, chọn nhiệt độ nào cao hơn.

1.3.2.3 Tiêu chuẩn Việt nam 6306-3:2006

Tiêu chuẩn này phân biệt các cuộn dây của máy biến áp dùng cho thiết bị

U m kết hợp với mức cách điện danh định tương ứng của chúng và đề cập đến các thử nghiệm điện môi liên quan có thể áp dụng và khe hở không khí bên ngoài nhỏ nhất giữa các bộ phận mạng điện của sứ xuyên và các vaath có điện thế đất.

Điện áp cao nhất dùng cho thiết bị Um có thể đặt lên cuộn dây máy biến áp

Mức cách điện danh định.

Mức cách điện tiêu chuẩn.

Cách điện đồng nhất của cuộn dây máy biến áp

Cách điện không đồng nhất của cuộn dây máy biến áp

Đối với máy biến áp ngâm trong dầu các yêu cầu này chỉ áp dụng cho cách điện bên trong Bất cứ yêu cầu hoặc các thuer nghiệm

bổ sung nào liên quan đến cách điện bên ngoài được cho là cần thiết đều phải có điều kiện thỏa thuân giữa nhà cung cấp và người mua,

kể cả các thử nghiệm điển hình trên một kiểu kết cấu phù hợp

1.4 NHẬN XÉT, KẾT LUẬN CHƯƠNG 1

Trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta, điện đã trở thành một phần chính của cuộc sống và cuộc sống không có điện không thể tưởng tượng được Các ngành công nghiệp chắc chắn cần cung cấp điện liên tục và cần máy biến áp để tránh dao động điện áp và sự cố của một số máy là do sự cố điện áp Một máy biến áp là một giải pháp cho tất cả những vấn đề này và nó có khả năng khắc phục nó Các loại máy biến áp khác nhau tồn tại và mỗi loại có lợi ích riêng và khắc phục sự dao động điện áp theo cách này hay cách khác Máy biến dòng tùy chỉnh, máy biến áp bay ngược, điện áp cao áp, biến áp cao áp và biến áp điện là các loại máy biến áp khác nhau có sẵn Do

số lượng máy biến áp nhiều nên tổng tổn hao trong hệ thống rất đáng kể vì vậy ta cần chú ý trong việc giảm tổn hao của máy biến áp, đặc biệt là tổn hao không tải Hiện nay trong ngành chế tạo máy biến áp thép cán lạnh được sử dụng khá phổ biến vì có suất tổn hao và công suất từ hóa thấp, ngoài ra để có thể giảm tổn hao người ta cũng sử dụng nhiều phương pháp như thay đổi kết cấu mạch từ, thay thế kết cấu bulon

và ép trụ……… Từ những nội dung ở chương 1

ta hiểu được cấu tạo, nguyên lý hoạt động

của một máy biến áp 3 pha Ngoài ra, chúng ta xác định được các thông số cơ bản cần phải tính toán và hiểu rõ hơn về các tổ đấu dây của máy bến áp 3 pha Trong khi thực hiện thiết kế máy biến áp cần chú ý tới các tiêu chuẩn Việt Nam quy định về thiết kế máy biến áp.

Muốn việc thiết kế chở nên dễ dàng và thuận tiện cần thực hiện các bước như sau:

• Xác định các đại lượng cơ bản

• Tính toán các kích thước chủ yếu.

• Tính toán dây quấn cao áp và hạ áp

• Tính toán cuối cùng về hệ thống mạch từ của máy biến áp.

• Tính toán tham số không tải của máy biến áp

• Tính toán nhiệt và hệ thống làm nguội máy biến áp.

• Kết cấu máy biến áp

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ MÁY BIẾN ÁP

2.1 GIỚI THIỆU MỤC TIÊU THIẾT KẾ

o Dòng điện không tải: i0 % = 1,5%

o Máy biến áp để ngoài trời và làm việc liên tục2.2 TÍNH TOÁN CÁC THAM SỐ CƠ BẢN CỦA MÁY BIẾN ÁP.2.2.1 Ý nghĩa của thông số ban đầu

a) Tốn hao ngắn mạch Pn

P n là thông số tổn hao ngắn mạch, dây quấn thứ cấp ngắn mạch, với điện áp đặt vào cuộn sơ cấp U n sao cho dòng điện đi qua dây quấn đạt giá trị định mức, khi đó công suất tổn hao P n được coi là tổn hao đồng trong dây quấn máy biến áp, P n ảnh hưởng đến hiệu suất của máy biến áp.

+ Pn lớn thì hiệu suất của máy biến áp giảm và ngược lại tuy nhiên trọng lượng đồng tăng làm giá thành tăng

b) Tổn hao không tải Po

Trong thí nghiệm không tải, phía sơ cấp đặt điện áp định mức, phía thứ cấp hở mạch vì vậy P o là tổn hao trên lõi thép và tổn hao trên điện trở của dây quấn sơ cấp Tổn hao trên lõi thép thường 0.1% - 0.2% của tổng công suất

máy biến áp Gồm có tổn hao từ trễ P h và tổn hao từ xoáy P x , trong đó

P h tỉ lệ với bình phương từ tần số từ hoá và bình phương cảm ứng từ:

Trong đó :

- là tổn hao của lõi thép ở tần số từ hoá f=50Hz tươngứng với cảm ứng từ B =1 (Tesla)

- là khối lượng lõi thép ở đoạn k (kg)

- B là cảm ứng từ của lõi thép ở đoạn k ( Tesla)

c) Điện áp ngắn mạch Un

Điện áp ngắn mạch Un là đại lượng đặc trưng của điện trở và điện kháng tản của dây máy biến áp

Ảnh hưởng của Un% đến tính năng kinh tế:

- Khi Un% lớn thì dòng điện ngắn mạch Inm nhỏ nhưng trọng lượng dây quấn đồng tăng nên giá thành tăng

- Khi Un% nhỏ thì dòng ngắn mạch Inm lớn gây nóng ảnh hưởng đến cách điện

- Thông thường Un= 5.5 - 10%

d) Dòng điện không tải Io

- Là dòng điện chạy trong dây quấn sơ cấp khi dây quấn thứ cấp hở mạch.

- Giá trị hiệu dụng :

Trong đó :

+ I 0x là dòng từ hoá lõi thép tạo nên từ thông cùng chiều với từ thông +I 0r là dòng tạo nên tổn hao sắt từ của lõi thép thông thường I 0r =0.1*I o Thông thường I0= (0,005-0,1) Idm

2.2.2 Xác định đại lượng điện cơ bản của máy biến áp.

Dựa vào các số liệu ban đầu của nhiệm vụ thiết kế đã cho ta phải xác địnhcác đại lượng điện cơ bản sau đây

a) Dung lượng một pha

Sf = S3

Thay số S= 630 kVA

Ta được Sf = S3 = 6303 = 210 (kVA)Dung lượng trong mỗi trụ

S’ = S3 = 6303 = 210 (kVA)b) Dòng điện dây định mức

S đm

- Phía CA nối ∆ : If2 = √I32 = 10.39√ 3 ≈ 6 (A)

- Phía HA nối Y : If1 =I1 = 909,33(A)

d) Điện áp định mức:

- Phía CA nối ∆ : Uf2 = U2 = 35 ( kV)

- Phía HA nối Y : Uf1 =U√ 31 = 0.√ 34 = 0.231 ( kV)

e) Điện áp thử dây quấn:

Theo tiêu chuẩn Việt Nam ( phụ lục 13):

• Dây quấn hạ áp với Ut1=0.4kV thì Ut=5 kV.2.2.3 Xác định hình dáng chủ yếu của máy biến áp

Hình 2 1: Các kích thước chủ yếu của máy biến áp

2.2.4 Chọn thông số cơ bản cho máy biến áp.

Xác định tham số để tính kích thước chủ yếu

- Ta có : (a

1 + a

2 )

= k √ 4 S ' (cm) 3

(Theo bảng 13.1 tài liệu “Thiết kế máy điện” trang 456 (Trần Khánh Hà))

Dung lượng S=630kV nên chọn k= 0,58

- Chọn hệ số gông Kg = 1,025 ( tỉ lệ giữa tiết diện gông và trụ)

Ép trụ bằng nêm với dây quấnKhông dùng bulong qua trụ

và gông Ép gông bằng xà ép

Sử dụng lõi thép có 4 mối ghép xiên ở 4 góc của lõi, còn 3 mối ở giữa dùng mối ghép thẳng lá tôn

- Chọn hệ số bậc thang trong trụ:

Theo bảng 13.2-TL1 trang 458, ta chọn bậc thang trụ n=7, bậc thang gông bằng: n-1=6 bậc

- Chọn hệ số điền đầy rãnh Kd= 0,9 ( theo bảng 13.2 -TL1)

- Từ cảm khe hở không khí mối nối thẳng: Bk’’ =Bt= 1,6 T

- Từ cảm khe hở không khí mối nối xiên: Bk’ = =1,13 T

- Suất tổn hao trong trụ và gông : với thép mã hiệu 3404 dày

+ Suất từ hóa: qg = 1,575 VA/kg

- Suất từ hóa ở khe hở không khí:

+Với Bk’’ = 1,6 (T) tra được qk’’= 2350 VA/m2 +Với Bk’ = 1,13 (T) tra dược qk’ = 2000 VA/m2

• Vậy ta có khoảng cách cách điện chính: - Giữa trụ và dây quấn hạ áp: a 01 =0,6cm

- Giữa dây quấn cao áp và hạ áp: a12=2,7cm

- Ống cách điện giữa cao áp và hạ áp 12 = 0,5 cm

- Giữa hai cuộn cao áp: a22=2cm

- Tấm chắn giữa các pha: δ22=0,3cm

- Giữa dây quấn cao áp đến gông: l0 = l01 = l02= 7,5cm

- Đầu thừa của ống cách điện : ld2=5cm

(theo bảng XIV.1 và XI phụ lục – TL1)2.2.5 Tính toán các thông số máy biến áp

f= 50Hz tần số lưới (máy biến áp)

Kr= 0,95 hệ số rôgovski

Ux= 7,47% thành phẩn phản kháng điện áp ngắn mạch

Bt=1,6 T: hệ số tự cảm

S’=210 kVA : công suất của máy biến áp

aR =4,9cm = 4 , 9 ∗ 10−2 (m): chiều rộng quy đổi từ

trường tản kld= 0,837 Hệ số lợi dụng lõi sắt

Theo công thức (*) ta thấy d phụ thuộc vào β và có thể đặt là:

I) Trọng lượng trụ thép : (theo công thức 13-9 TL1 trang 462)

G T = Ax 1 + A x 2

Trong đó : + A1 ,A 2 là các hệ số, đối với tôn silic cán nguội ta có:

x

II) Xác định trọng lương thép trong gông: Theo công thức 13-11 TL1 trang 462 ta có:

Trọng lượng thép của gông là:

Gg =B1 x3 + B2 x2 với a= 1,4 và k g = 1,025

2

Trị số hướng dẫn b = 2a tra bảng 13.6 TL1 ta có b = 0,46 ; e = 0,405 d

e = 0,405 là hệ số qui đổi ½ tiết diện trụ hình thang về hình chữ nhật, hệ

số gia tăng tổn hao công suất ở góc nối k p0 =10,18, k dpCu = 2,46.10-2

B1 = 2,4.104 kg kld A3 (a+b+e)

B2 = 2,4.104 kg kld A2 (a12 + a22 ) (với a12=2,7cm và a22=2cm)

B1 = 2,4.104 1,025.0,837.0,1873 (1,4+0,46+0,405) = 304,97 (kg)

B2 = 2,4.104 1,025.0,837.0,1872 (0,027+0,02)= 33,84 (kg)Vậy Gg =304,97 x3 + 33,84 x2

a) Trọng lượng toàn bộ lõi thép:

GFe = Gt + Gg = 433x, 94 + 79,14 x2 + 304,97 x3 + 33,84 x2b) Trọng lượng dây quấn: (theo công thức 13-17 TL1 trang 464)

C 1

.kdqFe k cd ( với kdqFe = 1,84 ; kcd = 1,06: hệ số cách

3 B 1 điện)

Từ x = 1,2023 ta xác định được các thông số sau:

Gdq = 2781x 2 ,32 =5791,2023 , 372 = 400,8 (kg)

- Trọng lượng dây dẫn:

Gdd = kcd kdc Gdq = 1,03 1,03 400,8= 425,21 (kg)

kcd = 1,03 : hệ số kể thêm phần cách điện của dây quấn

k dc = 1,03 : hệ số kể thêm phần dây dẫn ra để điều chỉnh điện áp

IV) Kiểm tra sơ bộ điểu kiện phát nóng:

: hệ số phụ chủ yếu kể đến đối với tôn cán nguội =1,25

=1,295 (W/kg ): suất tổn hao trong trụ

=1,207 (W/kg ): suất tổn hao trong gông

P 0 = 1,25 (1,295 475,32 + 1,207 578,94 )=

1642,9 (W) VIII) Công suất từ hóa của máy biến áp :

Q0 = k f' (qt Gt + qg Gg): hệ số phụ chủ yếu kể đến đối với tôn cán nguội =1,25

qt = 1,775 (VA/kg ): suất từ hóa trong trụ

qg =1,575 (VA/kg ): suất từ hóa trong gông

Q 0 =1,25.(1,775 475,32 + 1,575 578,94)= 2194,4 (VAr) IX) Thành phần phản kháng của dòng điện:

2,4.10-12 đối với dây đồng

Trị số ∆ tb là tị số gần đúng cho các dây quấn CA và HA trị số

∆ tb thực tế trong các dây quấn phải làm sao cho gần sát với trị số này

sai số cho phép không vượt qua 0,1 ∆ tb tức là 0,1.2,35=0,235 (A/mm2)

Như vậy trị số mật độ dòng điện trung bình có thể lấy

l=π d12 = 3 , 14.31 , 5 =47,325 (cm)

XIII) Điện áp mỗi vòng dây :

Uv = 4,44 f Bt Tt = 4,44 50.1,6.0,033

= 11,72 (V)2.3 TÍNH TOÁN DÂY QUẤN MÁY BIẾN ÁP

2.3.1 Yêu cầu vận hành

a) Yêu cầu về điện

- Chịu được điện áp bình thường và quá điện áp do ngắn mạch trong lưới hay do sét đánh gây nên

- Cách điện tốt giữa các dây quấn với nhau, giữa dây quấn với vỏ máy, giữa các vòng dây của từng dây quấn

- Dây quấn không bị biến dạng hoặc hư hỏng dưới tác dụng của lực cơ học do sự cố hay dòng điện ngắn mạch gây nên

c) Về mặt chịu nhiệt

thời gian nhất định, dây quấn không được có nhiệt độ quá cao.

2.3.2.Tính toán dây quấn hạ áp.

1 Số vòng dây 1 pha của dây quấn hạ áp :

W 1 = Uf 1 = 231 = 19 , 71 (vòng) U v 11 , 72

Làm tròn số w1 =20 vòngVới : =231: điện áp dây quấn hạ áp trên 1 trụ2.Tiết diện dây dẫn sơ bộ hạ áp :

Trong đó :

It = I1 = If1 = 909,33(A ): dòng điện pha ở cuộn hạ áp trên 1 trụ sắt

3 Cường độ từ cảm thực trong trụ sắt :