Giáo trình thiết kế máy biến áp điện lực - Chương 1 doc

Để giải quyết vấn dé này hiện nay trong ngành ché tao m.b.a người ta dùng chủ yếu là thép cán lạnh - cố suát tốn hao và công suất từ hóa thấp hay đác biệt thấp, mạt khác còn thay đổi các

7 NHÀ XUẤT BẢN KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT

PHAN TU THU

THIET KE MAY BIEN AP DIEN LUC

(In lan thứ 2 cú sửa chứa bố sung)

I

NHA XUAT BAN KHOA HOC VA KY THUAT

HÀ NỘI - 2002

LOI NOI DAU

Quyển "Thiết kế Móy biến ap dién lực" nay duoc viet trên cơ sở các giáo trinh của tác giả đã được giảng dạy nhiều năm ở bộ nôn Thiết bị điện - diện

(bộ nôn Máy diện - Khi cụ điện trước bìa: thuộc khoa Điện, trường Đại học Bách khoa Hà Nội Nội dung sách không đi sâu vao ly thuyét may bién

ap ma chu yeu trink bay vé ly thuyết thiết kế tờ cúc bước tỉnh toán mét may

biển ứp cụ thể: tỉnh các dại lượng diện cơ bản, các kích thước chủ yếu, kết cấu của đây quốn, lõi thép đến cúc than: số ngắn mạch, không tải, tính faán nhiệt va ud thing may biến ap Cudi cing la vi du minh họa tính toán cho một máy biển úp Để tiên sử dụng, các bang tra cứu cần cho quó trùuh tính

toán được để trong phần phụ lục ở cuối sách,

Trong những năm gồần dây, ngành chế tạo máy biển đ)? đũ có những tiến

bộ rất lớn nhất là trên các lùth tục ouề sản xuất Uột liệu dan tit, dan dién, vat hiệu cách điện, tề công nghệ chế tạo, qui trình thử nghiệm máy biển ap Vi

sây nội dụng quyển sách dã dược bổ sung, cập nhật những tư liêu mới nhất

tương ứng uới các tiên bộ dé chu yếu là ở CHLB Ngũ va một số nước có ngành công nghiệp chế tạo biến áp phát triển mạnh như CHLB Đức, Mỹ, Nhật Bản Về kết cảu, ngoài cấu trúc phẳng thì cầu trúc không gian dã

dược nhiều hang ché tao may biển ap nổi tiếng trên thé gidi sit dung vi tinh

nang ky thudt trén mot sé mat te ra ndi tréi cung sé difac gidt thiệu trong sách Tuy nhiên cấu trúc phẳng cho đến nay va nhất là ở nước ta, van là phổ biển tà được ta dùng nhất, nén sách chủ yếu chỉ trình bày cách tính toán

cho cấu: trúc này

Quyển sách này dược dùng làm tài liệu giảng dạy va hoe tap cho sinh wien, hoc sinh chuyên ngành Thiết bị diện nói riêng uà ngành Diện nói chung

ở các trường dại học kỹ thuật, cao đảng hoặc trung học chuyên nghiệp; Cũng

có thể làm tài liệu tham khảo cho các k¥ st, k¥ thudt niên ngàtuh Điện uữ các

ngành liên quan trong thiết hế chế tao, sit dung, van hanh may dién va may

biển úp cùng những di quan tâm đến link vue nay

Các ý kiện dóng góp cho quyển sách xin gửi oề bộ môn Thiết bị diện -

điện tứ, trừng Đại học Bách khoa Hà Nội,

Tac gia

Chương Ì

KHÁI NIỆM CHUNG VỀ THIẾT KẾ

MAY BIEN AP DIEN LUC

1.1 VAI NET VE TINH HIN! CHE TAO MAY BIEN ÁP (M.B.A)

HIEN NAY VA QUA TRINH PHAT TRIEN CUA NO

Máy biến áp điện lực (viết tát là m.b.a) là một bộ phận rất quan trong trong hệ thống điện Việc tải điện nảng di xa từ phà máy điện đến hộ tiêu

thụ trong các hệ thống điện biện nay cân phải cố tối thiểu 4 đến ð lân tăng

giảm điện áp Do đó tổng công suất đạt (thay dung lượng) của các m.b.a gấp

mấy lần công suất của máy phát điện Gân đây người ta tính ra rằng no còn

có thể gấp 6 đến 8 lân hoặc hơn nữa Liệu suất của m.b.a thường rất lớn (98 + 99), nhưng do số lượng m.b.a nhiéu nên tổng tổn hao trong hệ thống rat dang ké vi thé cân phái chú ý đến việc giảm các tổn hao, nhất là tốn hao không tải trong m.b.a Để giải quyết vấn dé này hiện nay trong ngành

ché tao m.b.a người ta dùng chủ yếu là thép cán lạnh - cố suát tốn hao và

công suất từ hóa thấp hay đác biệt thấp, mạt khác còn thay đổi các kết cấu mạch từ một cách thích hợp như ghép mối nghiêng các lä tôn trong lõi thép, thay các kết cấu bulông ép trụ và gông xuyên lõi thép hang các vòng đai ép hay dung những qui trình công nghệ mới vẽ cát đập lá thép tự động, về ủ

lá thép, về lápn ráp v.v Nhờ vậy mà công suất và điện áp của các m.b.a đã được nâng lân rõ rệt lliện nay người ta đã chế tạo được những m.b.a dung

lượng trên 1000 MVA và điện áp đến 1150 kV

Đi đôi với việc tảng giới hạn trên vẽ công suất, người ta cũng mở rộng

thang công suất của m.b.a làm thành nhiều dãy (hay gam) máy hơn so với

trước kia để đáp ứng một cách rộng rãi với nhu eäu sử dụng và vận hành

may biến áp Những đây m.b.a mới ra đời từ những nàm 8Ô trở lại đây da dan dan thay thế những m.b.a thuộc dãy cũ không còn thích hợp nữa

Để bảo đám chất lượng điện và cung cấp điên liên tục, các m.b.a điều

chỉnh điện á|› đưới tải ngày càng nhiều và chiếm tới khoảng 50% công suất

tổng

Để tiết kiệm vật liệu tác dụng, vật liệu cách điện, vật liệu kết cấu và

giảm trọng lượng kích thước máy, ngoài việc dùng m.b.a tự ngẫu thay cho

5

m.b.a hai dây quấn người ta còn áp dụng những phương pháp làm lạnh tốt hơn, dùng những vật liệu kết cấu không từ tính nhẹ và bền hơn Khuynh hướng dùng dây nhôm thay dây đồng cũng dang phat trién Cac mb.a cỡ lớn

và trung binh thường sản xuất loại ba pha ghép thành tổ biến áp ba pha để thuận tiện trong việc chuyên chở

Ngoài m.b.a điện lực dùng để truyền tải điện năng, còn có nhiều loại biến áp dùng trong nhiều ngành chuyên môn khác như: biến áp lò điện đùng trong luyện kim, yêu cầu dòng thứ cấp rất lớn đến hàng vạn amps; biến áp nhiêu pha dùng để chỉnh lưu ra đòng một chiều, biến áp chống nổ dừng trong ham mỏ; biến áp đo lường; biến áp thí nghiệm; biến áp hàn điên,

O nude ta sau ngay giai phong mién Rac méi cd mot vai co sd thiét ké

và chế tạo máy biến áp và đặc biệt là sau khi thống nhất đất nước (1975)

nhiều nhà máy chế tạo m.b.a mới đã được xây dựng Tuy vậy chúng ta cũng

đã tiến hành sửa chữa, thiết kế chế tạo được một khối lượng khá lớn máy biến áp, phục vụ cho nhiều cơ sở sản xuất trong nước, và máy biến áp của

ta cũng đã được xuất khẩu sang một số nước Nhà máy Chế tạo Biến thế Hà Nội nay liên doanh với hãng thiết bị điện ABB đã chế tạo được nhiều loại m.b.a phân phối, điện áp tới 35 kV Nhà máy Thiết bị Điện Đông Anh đã thiết kế chế tạo m.b.a truyén tải có công suất tới 63 MVA, điện áp 110 và

220 kV Do là những cố gắng và tiển bộ cửa ngành chế tạo máy biến áp 6

nước ta

1.2 TIỂU CHUẨN HÓA TRONG VIỆC CHẾ TẠO M.B.A

Một trong các nhiệm vụ của ngành chế tạo m„b.a là xác định được những

yêu cầu riêng cho các m.b.a, vừa phải phản ảnh được những yêu cầu về vận

hành và điêu kiện làm việc của nơ, vìia phải xác định được điều kiện và khả năng hiện tại của ngành cbế tạo m.b.a Các tiêu chuẩn để chế tạo các m.b.a điện lực được xây dựng trên cơ sở đảm bảo sự phát nóng cho phép, nang luc

quá tải, sơ đồ tổ nối dây, dung lượng, điện áp định mức, điều chỉnh điện áp, các đặc tính về không tải, ngắn mạch Do yêu cầu về mở rộng thang công

suất, điện áp và để nâng cao chất lượng cũng như tính năng m.b.a, nhiều

tiêu chuẩn trước đây dân dân đã được thay bằng một loạt những tiêu chuẩn

mới khác

Trước đây các m.b.a được chia làm 4 thang công suất (4 cỡ) như sau: C6 I ti 5 dén 100 kVA dién ap dén 35 kV

Cỡ II từ 135 đến 560 kVA điện áp đến 35 kV

Co Itl tu 750 dén 5600 kVA dién ap dén 35 kV

Cỡ IV từ 7500 đến 60000 kVA, điện áp từ 35 kV trở lên

Theo tiêu chuẩn mới nhất, déy công suốt của m.b.a uà máy biến úp tự ngdu được qui định như sau:

320000 400000 500000 630000 800000

Các yêu cau k¥

40000 + 1250000 dau 1 và 3 220 + 750

Nếu là mlva và nai tự ngẫu môi phá thì công suất bằng L/3 số liệu ghỉ ð trên

Tiêu chuẩn về điện úp dây dịnh múc của dây quấn sơ cấp và thứ cấp của m.b.a ba pha như sau (kV):

Lưới - Dây quấn sơ cấp | Dây quấo thứ cấp |Điện áp làm việc lớn nhất

0.38 0.38 | 040

Tiêu chuẩn vê sơ đô ký hiệu tổ nổi dây quấn của m.b.a cting dude qui định lại như ghi trong bảng 1 ở cuối sách

$o với tiêu chuẩn cũ, những tiêu chuẩn mới về các đặc tính của m.b.a hiện nav cố những yêu cầu cao hơn như tổn hao giảm đi đáng kể biệu suất tăng lên, giảm mức tàng nhiệt độ cho phép của dây quấn va dau, ky hiệu sơ

đồ nối dày mới, mở rộng phạm vi sử dụng điều chỉnh điện áp dưới tải, tảng cường những yêu cầu và trang bị của mb.a bằng các thiết bị kiểm tra chất lượng và bảo quản đâu

Gần đây người ta cũng làm lại và thông qua các tiêu chuẩn vê phương pháp thử nghiệm m.b.:, thử nghiệm về đô bên cách điện của m.b.a, các tiêu

chuẩn vẻ xác định các thông số cơ bản, các yêu câu về kỹ thuật đổi với các m.b.a dAu ba pha hai va ba day quấn công suất tit 2,5 d&én 400 MVA, điện

úp cao hơn 110 kV eo dieu chỉnh điện áp đưới tải Đối với m.b.a ba day quan, các œuộn dây cao áp CA, trung áp ZÁ và hạ áp HA được tính với toàn bệ công suất định mức, tuy thực tế công guất các cuộn cơ thể khác nhau Và người ta qui định thú tự bố trí các đây quấn từ trụ ra ngoài là HA - TA -

CA Đổi với các biến áp từ 40 đến 80 MVA còn cho phép bố trí dây quấn

theo thứ tự TA - HA - CA

1.3 SỬ DỤNG VẬT LIỆU MỚI TRONG VIỆC CHẾ TẠO

Quá trình phát triển sản xuất m.b.a nổi riêng cúng như cäc máy điện,

khí cụ điện nói chung liên quan chải chẽ với những tiến bộ trong việc sản

ngày càng hoàn thiện hơn

Vật liệu dùng trong m.b.a thường có ba loại:

- Vat lieu tac dung dung để đẫn điện như đây quấn, dẫn từ như lõi thép

như cactông cách điện, sứ, đầu máy biến áp,

may, -

quan chặt chẽ đến sự tiến bộ của quá trình công nghệ trong ngành chế tạo m.b.a của một nước

Vat liéu quan trong trước tiên trong ngành chế tạo biến áp là tôn lá silie

Khoảng từ những nãm 50 trở lại đây đã xuất hiện tôn cán lạnh là loại tôn

Độ từ thẩm thay đổi rất ít theo thời gian Dùng tôn cán lạnh cho nhép tăng

tôn cán nóng chỉ đến 1,4 +> 1.45 T Cũng lì đố mà giảm được ton hao trong may, giảm được trọng lượng và kích thước máy, đặc biệt là rút bút đáng kế chiêu cao của m.b.a, rất thuận lợi cho việc chuyên chở Tôn cán Lạnh tuy có

hơn so với m.b.a làm bằng tôn cán nón

9

nóng của Liên Xô, nay được thay bàng tên cán lạnh của CHLB Nga và các nước thuộc 5NG hoặc tôn cán lạnh của Nhật, Mỹ, CHLB Đức

Cũng cần chú ý ràng việc chuyển hoàn toàn sang dùng tôn cán lạnh đồng thời đòi hỏi phải thay đổi một cách cơ bản công nghệ chế tạo và kết cấu Idi thép m.b.a Thuong sau khi tiến hành gia công cơ khí các lá thép như dập, phay, ép, suất tổn bao trong thép sẽ tang lên, do đơø để bảo đảm phẩm chất từ tính của lá thép gần như lúc đầu, phải tiến hành ủ lại các lá thép Song chú ý là việc ủ này không dùng cho các thép lá cổ cách điện bằng giấy, chỉ dùng cho thép lá cách điện bằng sơn, Mặt khác cũng để bảo đảm từ tính

có chất lượng cao các lá thép ghép không được đột lỗ mà phải dùng hệ thống

xa ép và bulông ngoài với các bảng đai đặc biệt (xem chương 2)

Vật liệu tác dụng thứ hai của m.ba là kim loại làm dây quấn Trong nhiều năm đồng vẫn là kim loại duy nhất dùng chế tạo dây quấn mà không

cố thay đổi gì VÌ như ta đã biết đồng cø điện trở suất nhỏ, đẫn điện tốt, dễ gia công (hàn, quấn ), bảo đảm độ bền cơ, điện tốt Gần đây người ta đã dùng nhôm thay đồng làm dây quấn Nhôm cơ ưu điểm là nhẹ, dễ kiếm hơn,

rẻ hơn, nhưng tất nhiên có nhược điểm là điện trở suất lớn hon, do dé dan

điện kém hơn, độ bền cơ cũng kém hơn và laj rat kho khan trong việc hàn

nổi Khi dùng nhôm thay đồng, để bảo đảm được một công suất tương dương thì thể tích nhôm tảng lên, chỉ phi cho các công việc vê chế tạo dây quấn, chi phí về vật liệu cách điện, sơn tẩm tang fén Nhung chi phi do tang thi được bù lại bởi giá thành dây nhôm rẻ hơn, nên nói chung giá thành toàn

bộ m.b.a hang day nhôm và dây đồng thực tế cũng không khác nhau bao nhiêu DĨ nhiên dùng nhôm sẽ tiết kiệm được đông là kim loại quí hiếm,

Về vật liệu cách điện thì phần lớn các m.b.a đêu dùng dây quấn có cách điện bằng giấy cáp thuộc cách điện cấp A (như Nga ký hiệu bằng chữ IIB đối với dây đồng, AIIB đối với dây nhôm) có nhiệt độ giới hạn cho phép là +105°C với chiều dày cach dién cA hai phía là 0,45+0,5 mm Việc dùng dây dẫn có cấp cách điện cao hơn (E, B, EF, ) không có ý nghĩa nhiều lắm vì

nhiệt đệ cho phén của dây quấn m.hb.a được quyết định không chỉ ở cấp cách

điện của vật liệu cách điện mà còn ở cả nhiệt độ cho phép của dầu ngâm dây quấn Một loại cách điện hay dùng bọc dây dẫn là men cách điện (êmay) Việc thay cách điện bọc từ giấy cáp sang trang men không những làm cho lớp cách điện mỏng hơn, độ bền cơ điện tốt hơn mà còn có tác dụng là giảm trọng lượng dây quấn, lõi thép, tuy rằng dây tráng men giá thành có đắt hơn Dối với m.b.a khô hay dùng những dây dẫn co bọc cách điện cấp cao hơn như đây HỊC/1 (cách điện bằng sợi thủy tỉnh)hay dây nhôm IAA (téng 10

hợp từ sợi amiang cơ tẩm sơn) Với loại đây dẫn có cấp cách điện cao hơn,

do có nhiệt độ cho phép cao hơn nên có thể chọn mật độ dong điện dây dẫn

cao hơn, vì thế kích thước cuộn dây và do đó máy sẽ gọn hơn Song người

ta cũng chỉ dùng đến cách điện cấp B mà Ít khi dùng loại dây có cap cách điện cao hơn nữa, vì lý do là nhiệt độ cha phép càng cao mật độ dòng điện chọn càng lớn thì tổn hao ngắn mạch tảng lên làm cho hiệu suất của m.b.a giảm xuống đáng kể Gớ thể dùng nó trong trường hợp yêu cầu về kết cấu gọn nhẹ là tối cần thiết như các thiết bị điện trong giao thông vận tải, trong máy bay

1.4 CAC KET CẤU CHÍNH CỦA M.B.A

Mba thường gồm những bộ phận chính sau đây: lõi sắt (hay còn gọi là mạch từ) và các kết cấu của nó; dây quấn; hệ thống làm lạnh và vỏ máy 3.4.1 Lõi sắt và các kết cấu của nó

Lõi sat lam mach

cho tit théng trong

m.b.a, déng thoi lam

sat gam các lá thép

silic ghép lạt được ép

bằng những xà ép và

các bulông tạo thành

bộ khung m.b.a Trên

đó còn bắt các giá đỡ

m.b.a dầu, toàn bộ lõi

sát cố quấn dây và các

day dan ra được

ngâm trong thùng đựng

ruột máy Các m.b.a

3

nap may co thé nhac ra

khỏi thùng dầu khi láp Hình 1-1, Lỗi sắt của mba ba pha kiều trị c y quâ

¡- Gông: 2- Trụ; + Tiết diện trụ

rap, sta chữa Cac

II