Đồ án máy điện doc

LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật.Đã có nhiều nhà máy xí nghiệp có công nghệ cao hiện đại,vì vậy cần phải có một hệ thông điện ổn định, có chất lượng c

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật.Đã có nhiều nhà máy xí nghiệp có công nghệ cao hiện đại,vì vậy cần phải có một hệ thông điện ổn định, có chất lượng cao mới đáp ứng được nhu cầu sản xuất và đời sống.Để đảm bảo được điều đó thì phải nâng cao chất lượng truyền tải điện.Muốn làm được điều này thì chúng ta phải cải thiện và đổi mới các thiết bị kỹ thuật truyền tải điện.Máy biến áp điện lực là một bộ phận rất quan trọng trong hệ thống điện

Ngày nay nhờ áp dụng được các tiến bộ của khoa học chúng ta đã từng bước cải tiến va chế tạo được máy biến áp điện lực đáp ứng được nhu cầu sản xuất khác nhau để tránh được tổn hao điện năng khi truyền tải cũng như giảm điện áp phù hợp với hộ tiêu thụ.Nhưng máy biến áp điện lực ngâm dầu 3 pha 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 máy biến áp điện lực ngâm dầu ngày càng dược sử dụng rộng rãi hơn và không ngừng được cải tiến sao cho phục vụ nhu cầu của người sử dụng được tốt nhất

Bằng tất cả cố gắng của mình ,với những kiến thức nhận được từ thầy cô và sự

hướng dẫn tận tình của thầy giáo: Phan Đình Phương để em hoàn thành được đồ án

môn học này

Nhiệm vụ thiết kế của em là: thiết kế máy biến áp ba pha

Vinh ngày tháng năm2012

Sinh viên thực hiện

PHẦN I

TỔNG QUAN VỀ MÁY BIẾN ÁP

***

CHƯƠNG I KHáI NIÊM CHUNG Về THIếT Kế MáY BIếN áP ĐIệN LựC

I Vài nét về tình hình chế tạo máy biến áp hiện nay và quá trình phát triển của nó :

Máy biến áp điện lực là một bộ phận rất quan trọng trong hệ thống điện.Việc tảiđiện năng đi xa từ nhà máy điện đến hộ tiêu thụ trong các hệ thống điện hiện nay cầnphải có tối thiểu 4 đến 5 lần tăng giảm điện áp.Do đó tổng công suất đặt (haydunglượng)của máy biến áp gấp mấy lần công suất máy phát điện.Gần đây người ta tính rarằng nó có thể gấp 6 đến 8 lần hoặc hơn nữa Hiệu suất của máy biến áp thường rất lớn(98÷99%), nhưng do số lượng máy biến áp nhiều nên tổng tổn hao trong hệ thống rất

đáng kể vì thế cần phải chú ý đến việc giảm các tổn hao , nhất là tổn hao không tải trongmáy biến áp Để giải quyết vấn đề này hiện nay trong ngành chế tạo máy biến áp người tadùng chủ yếu là thép cán lạnh , có suất tổn hao và có công suất từ hoà thấp hay đặc biệtthấp , mặt khác còn thay đổi các kết cấu mạch từ một cách thích hợp như gép mốinghiêng các lá tôn trong lõi thép, thay các kết cấu bu lông và ép trụ và gồng xuyên lõithép bằng các vành đai ép lá thép, về lắp ráp …Nhờ vậy mà công suất và điện áp của cácmáy biến áp đã được nâng lên rõ rệt Hiện nay người ta đã chế tạo được máy biến áp códung lượng trên 1000 MVA và điện áp đến 1150 kV

Hình 1.1.Sơ đồ mạng truyền tải điên đơn giản

Đi đôi với việc tăng giới hạn trên về công suất , người ta cũng mở rộng thang côngsuất của máy biến áp làm thành nhiều dãy máy hơn so với trước kia để đáp ứng một cáchrộng rãi với nhu cầu sử dụng và vận hành máy biến áp Nhưng dãy máy biến áp mới ra

Máy phát điện

Đường dây tải

Máy biến áp giảm áp

Hộ tiêu thụ

đời từ những năm 80 trở lại đây đã dần dần thay thế những máy biến áp thuộc dãy cũkhông còn thích hợp nữa.

Để đảm bảo chất lượng điện và cung cấp điện liên tục, các máy biến áp điều chỉnhđiện áp dưới 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 trọnglượng kích thước máy , ngoài việc dùng máy biến áp tự ngẫu thay cho máy biến áp haidây quấn người ta còn áp dụng các phương pháp làm lạnh tốt hơn, dùng những vật liệukết cấu không từ tính nhẹ và bền hơn …Khuynh hướng dùng dây nhôm thay cho dâyđồng cũng đang phát triển Các máy biến áp cỡ lớn và trung bình thường sản xuất loại bapha ghép thành tổ biến áp ba pha để thuận tiện trong việc chuyên chở

Ngoài máy biến áp dùng trong truyền tải điện năng, còn có nhiều loại máy biến ápdùng trong nhiều ngành chuyên môn khác như : Biến áp lò điện dùng trong luyện kim,yêu cầu dòng thứ cấp lớn đến hàng vạn ampe; Biến áp nhiều pha dùng để chỉnh lưu radòng một chiều ;Biến áp chống nổ dùng trong hầm mỏ;Biến áp đo lường; biến áp thínghiệm ; Biến áp hàn điện …

Khuynh hướng phát triển của máy biến áp hiện nay là thiết kế chế tạo những máybiến áp có dung lượng thật lớn, điện áp thật cao, dùng nguyên liệu mới để giảm trọnglượng và kích thước máy Về vật liệu hiện nay đã dùng loại thép cán lạnh không những

có từ tính tốt mà tổn hao sắt lại ít do đó nâng cao được hiệu suất của máy biến áp.Khuynh hướng dùng dây nhôm thay dây đồng vừa tiết kiệm được dây đồng vừa giảmđược trọng lượng máy cũng đang phát triển

ở nước ta ngành chế tạo máy biến áp đã ra đời ngay từ ngày hoà bình lập lại Đếnnay chúng ta đã sản xuất được một khối lượng máy biến áp khá lớn và nhiều chủng loạikhác nhau phục vụ cho nhiều ngành sản xuất ở trong nước và xuất khẩu

II Sử dụng vật liệu mới trong việc chế tạo :

Quá trình phát triển sản xuất máy biến áp liên quan chặt chẽ với những tiến bộ trongviệc sản xuất các vật liệu dẫn điện, dẫn từ và vật liệu cách điện.Các nhà sản xuất đã sảnxuất ra các vật liệu mới có tính năng ngày càng hoàn thiện hơn.Nhằm mục đích cải thiệncác đăc tính của máy biến áp như tổn hao năng lượng , kích thước, trọng lượng và tăng

độ tin cậy của nó

Khuynh hướng chung thường là những vật liệu quý hiếm thay thế bằng những vậtliệu dễ kiếm

Vật liệu dùng trong máy biến áp thường có 3 loại:

- Vât liệu tác dụng dùng để dẫn điện như dây quấn, dẫn từ như lõi thép

- Vật liệu cách điện để cách điện các cuộn dây hay các bộ phận khác như cáctông cách điện, sứ, dầu máy biến áp …

- Vật liệu kết cấu dùng để giữ, bảo vệ biến áp như xà ép, bulông, vỏ máy… Vật liệu quan trọng trước tiên trong ngành chế tạo biến áp là lá tôn silíc Trước đây láthép máy biến áp dùng chủ yếu tôn cán nóng , chất lượng loại tôn này tuy đã được cảibiến nhưng suất tổn hao vẫn cao Từ năm 50 trở lại ây đã xuất hiện tôn cán lạnh có tínhdẫn từ định hướng , do đó suất tổn hao giảm nhỏ đến 2÷2,5lần so với tôn cán nóng , độ

từ thẩm thay đổi rất ít theo thời gian , từ đó mà giảm được tổn hao trong máy , giảm đượctrọng lượng và kích thước máy

Vật liệu tác dụng thứ hai của máy biến áp là kim loai làm dây quấn.Trong nhiều nămđồng vẫn là kim loại duy nhất dùng để chế tạo dây quấn mà không có thay đổi gì Vì nhưchúng ta đã biết đồng có điện trở suất nhỏ, dẫn điện tốt, dễ gia công , đảm bảo độ bền cơ,điện …tốt Gần đây người ta đã dùng nhôm thay đồng làm dây quấn.Nhôm có ưu điểmnhẹ, dễ kiếm hơn, rẻ hơn, Nhưng tất nhiên có nhược điểm là điên trở suất lớn hơn, do đódẫn điện kém hơn, độ bền cơ cũng kém hơn và rất khó khăn trong việc hàn nối.Khi dùngnhôm thay đồng, để đảm bảo được một công suất tương đương thì thể tích nhôm tăng lên,chi phí cho công việc chế tạo dây quấn, chi phí về vật liệu cách điện, sơn tẩm …tăng lên.Nhưng chi phí đó tăng lên thì bù lại bởi giá thành dây nhôm rẻ hơn nên gía thành toàn bộcủa máy biến áp thực tế cũng không khác nhau là bao nhiều

Về vật liệu cách điện thì phần lớn các máy biến áp đều dùng dây quấn có cách điệnbằng giấy cáp thuộc cách điện cấp thứ A có nhiệt độ giớ hạn cho phép là +1050C vớichiều dày cách điện cả hai phía là 0,45 đên 0,5 mm.Viêc dùng dây dẫn có cấp cách điêncao hơn (E,B,F, ) không có ý nghĩa nhiều lắm vì nhiệt độ cho phép của dây quấn máybiến áp được quyết định không chỉ ở cấp cách điện của vật liệu cách điện mà còn ở cảnhiệt độ cho phép của dầu ngâm dây quấn Một loại cách điện hay dùng bọc dây dẫn làmen cách điện (êmay).Việc thay cách điện bọc từ dây cáp sang trang men không nhưnglàm cho lớp cách điên mỏng hơn , độ bền cơ điện tốt hơn mà còn có tác dụng làm giảmtrong lượng dây quấn, lõi thép, tuy rằng dây tráng men có giá thành đắt hơn

III Các kết cấu chính của máy biến áp :

Máy biến áp thường dùng các phần chính sau: Lõi sắt (hay còn gọi là mạch từ) vàcác kết cấu của nó, dây quấn, hệ thống làm lạnh và vỏ máy.

Lõi thép làm vật liệu dẫn từ cho từ thông trong máy biến áp Đồng thời làm khung

để quấn dây Lõi sắt gồm các lá thép Silic ghép lại được ép bằng xà ép và bu lông tạothành khung máy biến áp Trên đó còn bắt các giá đỡ đầu dây dẫn ra nối với các sứcxuyên hoặc các ty để nắp máy… ở các máy biến áp dầu toàn bộ lõi sắt có quấn dây vàcác dây dẫn ra được ngâm trong thùng đựng dầu máy biến áp gọi là ruột máy Các máybiến áp cỡ nhỏ, ruột máy gắn với nắp máy có thể nhấc ra khỏi thùng dầu xúc rửa, lắp ráp,sửa chữa Với máy biến áp công suất 1000KVA trở lên

3.1 Lõi sắt và kết cấu của nó.

Vì ruột máy rất nặng nên được bắt cố định với đáy thùng và lúc lắp ráp sửa chữathì phải nâng vỏ thùng lên khỏi đáy và ruột máy Lõi sắt gồm hai phần: trụ T và gông G.Trụ là phần lõi có lồng dây quấn, gông là phần lõi không có dây quấn dùng để khép mạch

từ giữa các trụ

Hình 1.2: Kết cấu mạch từ kiểu trụ

3.2 Dây quấn.

Dây quấn máy biến áp là bộ phận dùng để thu năng lượng vào và truyền tải nănglượng đi Trong máy biến áp hai dây quấn có cuộn HA nối với lưới điện áp thấp và cuộn

CA nối với lưới điện cao hơn ở máy biến áp có 3 dây quấn ngoài hai dây quấn CA và

HA còn có dây quấn thứ 3 với điện áp trung bình gọi la TA

Có thể chia dây quấn biến áp thành kiểu chính : đồng tâm và xen kẽ

3.2.1 Dây quấn đồng tâm :

Cuộn hạ áp (HA) và cao áp(CA) , nếu có ba dây quấn thì có cuộn điện áp trung bình

ký hiệu là TA là những hình ống đồng tâm đối với nhau.Chiều cao cua chúng nên thiết kếbằng nhau vì nếu không sẽ sinh ra lực chiều trục lớn(nhất là lúc ngắn mạch) có tác dụng

ép hoặc đẩy gông từ hay cuộn dây không lợi về mặt kết cấu Khi bố trí cuộn dây cuộn

HA đặt trong, cuộn cao áp đặt ngoài (néu có cuôn TA thì đặt giữa cũng có thể đặt trongcùng ).Cuộn cao áp đặt ngoài sẽ đơn giản được việc rút đầu dây điều chỉnh cũng nhưgiảm được kích thước rãnh cách điện giưa các cuộn dây và giưa cuôn dây với trụ sắt Dây quấn đồng tâm dùng phổ biến trong các máy biến áp điện lực lõi sắt kiểu trụ

Hình 1.2 Kết cấu mạch từ kiểu bọc

a Một pha; b Ba pha

3.2.2 Dây quấn xen kẽ:

Cuộn cao áp và hạ áp được cuốn thành từng bánh có chiều cao thấp và cuốn xen kẽ

do đó giảm được lực dọc trục khi ngắn mạch , dây quấn xen kẽ có nhiều rãnh dầu ngangnên tản nhiệt tốt hơn nhưng về mặt cơ thì kém bền vững hơn so với dây quấn đồng tâmmặt khác kiểu dây quấn này có nhiều mối hàn giữa các bánh dây Loại dây quấn này chủyếu được dùng trong các máy biến áp lò điện hay trong một số máy biến áp khô để đảmbảo sự làm lạnh được tốt

3.3 Hệ thống làm lạnh và vỏ máy :

Khi máy biến áp làm việc, lõi sắt và dây quấn đều có tổn hao năng lượng làm chomáy biến áp nóng lên Muốn máy biến áp làm việc được lâu dài phải tìm biện pháp giảmnhiệt độ của máy biến áp xuống tức là quá trình làm nguội máy biến áp Có thể làm nguộibằng không khí tự nhiên hoặc bằng dầu máy biến áp Máy biến áp dùng không khí để làmnguội gọi là máy biến áp khô, máy biến áp dùng dầu để làm nguội gọi là máy biến ápdầu Hầu hết máy biến áp làm nguội bằng dầu bao quanh lõi thép và dây quấn sẽ nóng lên

và truyền nhiệt ra ngoài vách thùng nhờ hiện tượng đối lưu Nhiệt lượng từ vách thùng lạitruyền ra không khí xung quanh bằng phương pháp đối lưu và bức xạ Nhờ vậy mà hiệuứng làm lạnh được tăng lên cho phép tăng tải điện từ đối với thép và dây quấn, tăng đượccông suất máy biến áp Máy biến áp có công suất từ (10 – 16).103 KVA thường phải tăngcường làm nguội bằng sự đối lưu cưỡng bức bằng quạt gió Để đảm bảo dầu trong máyluôn luôn đầy trong quá trình làm việc trên máy biến áp có 1 thùng dầu phụ hình trụthường đặt nằm ngang với bình đầu chính bằng ống dẫn dầu Tuỳ theo nhiệt độ của máybiến áp mà dầu giãn nở tự do trong bình dầu phụ, không ảnh hưởng đến lượng dầu máybiến áp Vì vậy bình dầu phụ còn được gọi là bình dầu giãn nở

Hình 1.3 Thùng dầu kiểu ống Hình 1.4 Thùng dầu có bộ tản nhiệt kiểu ống thẳngTrên nắp thùng còn các sứ để bắt các đầu dây dẫn ra nối với các dây quấn trongmáy biến áp với lưới điện thiết bị đổi nói để chỉnh áp, thiết bị đo nhiệt độ biến áp, móctreo… mặt khác dầu máy biến áp ngoài tác dụng làm lạnh con người là một chất cáchđiện tốt, nhưng nhược điểm là dầu máy biến áp đồng thời cũng là vật liệu dễ cháy nênsinh ra hoả hoạn Vì vậy trong nhiều trường hợp phải có thiết bị và biện pháp chống cháythích hợp.

IV Nguyên lý làm việc cơ bản của máy biến áp :

Nguyên lý làm việc của MBA dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ và sử dụng từthông biến thiên của lõi thép sinh ra

Hinh 1.5 .Ký hiệu máy biến áp Các cuộn dấy sơ cấp và thứ cấp trong một MBA không có liên hệ với nhau về điện

mà chỉ có liên hệ với nhau về từ

Xét sơ dồ nguyên lý của một MBA1 pha.

Hình 1.6 Sơ đồ nguyên lý làm việc của máy biến áp

Đây là sơ đồ MBA 1 pha 2 dây quấn, máy gồm có 2 cuộn dây Cuộn sơ cấp có

W1 vòng dây và có cuộn thứ cấp có W2 vòng dây được quấn trên lõi thép

Khi đặt một điện áp xoay chiều U1 vào dây cuốn sơ cấp trong đó sẽ có dòng điện

i1 Trong lõi thép và sinh ra từ thông Φ móc vòng với cả hai cuộn dây sơ cấp và thứ cấp,cảm ứng ra các sức điện động e1 và e2 ở cuộn sơ cấp có sức điện động sẽ sinh ra dòngđiện i2 đưa ra tải với điện áp là u2

Gỉa thiết 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

1

W2

2

Nếu không kể điện áp rơi trên các dây quấn thì có thể coi U1≈E1;U2≈E2, do đó k đượcxem như là tỷ số điện áp giữa dây quấn 1và 2:

V Mục đích yêu cầu và nhiệm vụ.

Để đảm bảo vê tính toán hợp lý tốn ít thời gian việc thiết kế máy biến áp sẽ lầnlượt tiến hành theo thứ tự

5.1 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 các thành phần của được ngắn mạch

5.2 Tính toán các kích thước chủ yếu.

− Chọn sơ đồ và kết cấu lõi sắt

− Chọn loại và mã hiệu tôn silic cách điện của chúng Chọn cường độ từ cảm lõisắt

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

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

i0, P0, in, Pn đã cho

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

5.3 Tính toán dây quấn CA và HA

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

5.5 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

5.6 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

5.7 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 trọng nhưbulông ép gông và một số đai ép trục, gông, vách nắp đáy thùng, bình dầu giãn nở, bộphận tản nhiệt…

5.8 Bản vẽ :

3 bản vẽ A3

PHẦN II THIẾT KẾ

***

CHƯƠNG II TÍNH TOÁN CÁC KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU CỦA MÁY BIẾN ÁP

I XÁC ĐỊNH CÁC THAM SỐ CƠ BẢN :

Hình vẽ :Kính thước cơ bản của máy biến áp ba pha

Dựa vào các số liệu của đồ án đã cho ta xác định được các đại lượng cơ bản sau

1.1 Công suất mỗi pha của máy biến áp :

dm 4000

1333,33( ) 3

Theo TCVN.(phụ lục13-trang 653sach TKMĐ)

Với dây quấn CA:

1.7 Kiểu dây quấn (theo phụ lục 15-trang 661 sách TKMĐ)

Dây quấn CA: U2 =35(KV I), 2 =63( )A chọn loại dây quấn xoắn ốc liên tục.

Dây quấn HA:U1 =0,4(KV I), 1 =3333( )A chọn loại dây quấn xoắn mạch kép.

II XÁC ĐỊNH CÁC THAM SỐ ĐỂ TÍNH KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU.

2.1 Chiều rộng quy đổi của rãnh từ tản giữa dây quấn CA và HA:

Với: Ut2 = 80(KV) theo bảng 19-trang 197 sách TKMBAĐL ta có

2.4 Ta chọn tôn cán lạnh mã hiệu 3404 có chiều dày 0,35 mm

Theo bảng 11 trang 194 sách TKMBAĐL ta có mật độ từ thông trụ :

,, =2,35( / 2)

k

2.5 Khoảng cách cách điện chính

Với Ut2 = 80(KV) của cuộn cao áp theo bảng 18 và 19 trang 197 sách TKMBAĐL ta có:

a01 =3(cm) : khoảng cách cách điện giữa trụ và dây quấn HA

a12 = 2,7(cm): khoảng cách giữa cuộn CA và HA

δ12 = 0,5(cm): ống cách điện giữa cuộn CA và HA

Lđ2= 5(cm): chiều dài đầu thừa

a22 = 3(cm): khoảng giữa cuộn CA và CA

lo2 = 7,5(cm): khoảng cách giữa dây quấn CA đến gông

Theo bảng 17 trang 196 sách TKMBAĐL phạm vi chọn β =1,8 2, 4÷ để xác định chính

xác β hơn ta phải tính các số liệu và các đặc trưng cơ bản của mba như sau:

2 p

0, 2453.10 36 0,9.0,95 22,7( )

1,4.29

nr nx

n

U U n

Tiết diện khe hở vuông góc:S K'' =S T =0,059.x2

Tiết diện khe hhở chéo: Sk' = 2.S T =0,08.x2

Tổn hao không tải máy biến áp:

2

40 40.1,775 713,2 3,2.0,28.0,059 0,051,25.(1,775 1,625 71 0,05 )2,219 2,031 88,75 0,0625

Tiết diện của lõi sắt :

12

0,059 0,059 1,9 0,069( ) 1,4.0,29.1,17 0,475( )

Ưng suất trong dây quấn: δ =cp M x 3 =22,7.x3=22,7.1,173 =36,35

Tổn hao không tải: P0 =1,62G T +1,54G G

Tính toán dây quấn máy biến áp

I các yêu cầu chung :

Có thể chia làm hai loại

1 Yêu cầu vận hành: Gồm điện cơ và nhiệt

a Yêu cầu về điện

Khi vận hành thường dây quấn máy biến áp có điện áp làm việc bình thường vàquá điện áp do đóng ngắt mạch trong lưới điện hay sét đánh gây nên ảnh hưởng chủ yếu

do cách điện chính của máy biến áp, tức là cách điện dây quấn với nhau và giữa dây quấnvới vỏ Còn quá điện áp do sét đánh thường lên đường dây thường ảnh hưởng đến cáchđiện dọc của máy biến áp Tức là giữa các vòng dây rời dây hay giữa các bánh dây củatừng dây quấn

b Yêu cầu về cơ học

Dây quấn không bị biến dạng hoặc hư hỏng dưới tác dụng của lực cơ học do dòngđiện ngắn mạch gây nên

c Yêu cầu về nhiệt

Khi vận hành bình thường cũng như trong trường hợp ngắn mạch, trong thời giannhất định dây quấn không được có nhiệt độ cao quá vì lúc đó chất cách điện sẽ bị nóngmất tính đàn hồi, hoá dồn và mất tính cách điện Vì vậy khi thiết kế phải đảm bảo sao chotuổi thọ của chất cách điện là 15 đến 20 năm

2 Yêu cầu về chế tạo

Làm sao cho kết cấu đơn giản tốn ít vật liệu và nhân công, thời gian chế tạo ngắngiá thành hạ nhưng đảm bảo về mặt vận hành

* Như vậy yêu cầu đối với thiết kế là:

+ Phải có quan điểm toàn diện: Kết hợp một cách hợp lý giữa hai yêu cầu về chếtạo và vận hành để sản phẩm có chất lượng tốt mà giá thành hạ

+ Phải chủ yếu đến kết cấu và chế tạo dây quấn sao cho thích hợp với trình độ kỹthuật của xưởng sản xuất

+ Phải nắm vững những lý luận có liên quan đến dây quấn CA, vật liệu cách điện

* Quá tình thiết kế của dây quấn có thể tiến hành theo 3 bước :

1 2 3 4 5 6

6

4 5 3

1 2

6

4 5

3

5 6 4

1 2

2 3 1

7

9 8

11

12 a'

+ Chọn kiểu và kết cấu dây quấn

+ Tính toán sắp xếp và bố trí dây quấn

+ Tính toán tính năng của máy biến áp

3 Các kiểu dây quấn máy biến áp :

Theo cách quấn dây ta có thể chia dây quấn máy biến áp ra làm các kiểu chính sauđây:

Dây quấn hình ống dây dẫn chữ nhật;

Dây quấn hình ống dây dẫn tròn;

Dây quấn hình xoắn;

Dây quấn hình ốc liên tục

Người ta còn có thể phân biệt ra loại dây quấn một mạch (đơn) hay hai mạch (kép),

có hoán vị hay không hoán vị,…

a Dây quấn hình ống dây dẫn chữ nhật

Loại dây này quấn dùng dây tiết diện chữ nhật quấn thành hình trụ Nếu dòngđiện lớn quá thì ghép nhiều sợi giống nhau Lúc đó tốt nhất là dùng các sợi cùng kíchthước ghép kề nhau theo hướng trục, không nên ghép kề theo hướng kính để cho từ thôngtản trong các sợi dây giống nhau và như vậy tổn hao về dòng điện xoáy trong chúng sẽgiống nhau và về mặt cơ khí ghép hướng trục cũng tốt hơn Mặt khác dùng một cỡ dây sẽ

đỡ phức tạp cho việc đặt hàng Nếu phải dùgn dây có tiết diện khác nhau thì phải có một

bề kề nhau bằng nhau để ghép Nói chung dây quán nẹp (theo cạnh lớn) sợi dây), khôngnên quấn gân dựng (theo cạnh nhỏ) sợi dây vì sẽ khó quấn hơn mà cũng làm cho các sợidây dễ bị nghiêng đi; tổn hao phụ do dòng điện xoáy tăng lên, tản nhiệt lại kém Có thểdùng cách quấn dựng khi tỷ lệ các cạnh của sợi dây ở trong phạm vi tỷ lệ sau: 1,3 < a/b <3,0

Sv:Phan Đình Phương -1- Gvhd: Võ Tiến Dũng

Nếu quấn một lớp ta có kiểu dây quấn hình ống một lớp hay còn gọi là ốngđơn( hình3.1) Nếu quấn hai lớp ta có kiểu hình ống kép (hình3.2b) Kểu hình ống képthì hai lớp nối tiếp với nhau (quấn lớp trong từ trên xuống sau đó lớp ngoài quấn ngược

từ dưới lên) Như vậy đầu dâylớp trong và đuôi lớp ngoài có điện áp bằng điện áp phacủa dây quấn

Nếu Uđm dưới 100V thì cách điện giữa hai lớp rất đơn giản, hoặc dùng một rãnhdầu rộng 4 – 8 mm hoặc dùng một ống giấy cách điện là đủ Nếu điện áp từ 3 đến 6kV thìphải làm rãnh dầu có bìa cách điện ở giữa dày 2mm Nếu U > 6000V thì cách điện sẽ khókhăn hơn do đó không dùng kiểu dây quấn này cho các máy biến áp công suất từ 25 đến

630 kVA

Để có rãnh dầu thường dùng que nên cách điện bằng gỗ Không nên làm nhiều quenêm quá vì dầu sẽ khó lưu thông, cũng không nên ít quá vì ống dây dễ bị biến dạng thànhhình đa giác Khoảng cách giữa các que nêm thường vào khoảng 150 – 120mm

Kiểu dây quấn hình ống đơn có nhược điểm là hai đầu không có gì giữ chặt nên dễ

bị tung ra do đó thường chỉ dùng trong các máy biến áp nhỏ, công suất mỗi trụ từ 3 đến10kVA Dây quấn hình ống kép ổn định về cơ khí hơn và nói chung chế tạo cũng đơngiản nên được dùng phổ biến trong các máy biến áp công suất từ 630 kVA trở xuống điện

áp dưới 6kV

Trong máy biến áp thì dây quấn hình ống đơn và kép chủ yếu làm cuộn HA

Gần đây người ta đã nghiên cứu và sử dụng có kết quả loại dây quấn nhiều ốngnhiều lớp dây chữ nhật cho cả cuộn dây CA Kết cấu của loại dây quấn này chỉ khác với

Hình 3.1: Các phương pháp quấn dây

a) quấn nẹp sợi; b) quấn gân dựng sợi

dây; c) quấn gân dựng nhưng không đạt

yêu cầu

Hình 3.2: Dây quấn hình ống, a) ống đơn

6 vòng; b) ống kép 12 vòng

dây quấn hình ống đơn giản trên là ở chỗ nó gồm nhiều lớp và các sợi dây quấn này cũngkhông dùng kiểu quấn dựng các sợi dây quấn Chiều quấn dây ở các lớp cũng khác nhau,thường các lớp lể quấn theo một chiều, các lớp chẵn quấn theo chiều khác Giữa các lớp

có lót vài lớp giấy cáp làm cách điện lớp và đề phòng phóng điện giữa các lớp, cách điệnlớp phải cao hơn dây quấn 30-50mm Mỗi lớp ở phía trên và dưới vẫn phải có nhữngvành đệm phụ bằng cacton cách điện buộc chặt vào các vòng trên và dưới của dây quấn.Việc lót cách điện như vậy là rất cần thiết vì loại dây quấn này điện áp giữ vòng đầu củabất kỳ một lớp nào với vòng cuối cùng của lớp tiếp theo cũng chính là điện áp giữa hailớp có thể đạt đến 5000 đến 6000V, nếu điện áp làm việc của dây quấn là 35kV

Để tăng bề mặt làm lạnh lớp dây quấn, thường toàn bộ dây quấn được làm mộtvài rãnh dọc trục giữa các lớp Chiều rộng rãnh thường vào khoảng 1/100 chiều cao củadây quấn

Dây quấn hình óng nhiều lớp tiết diện dây chữ nhật thường được làm dây quấncao áp CA cho các máy biến áp dung lượng từ 630 đến 40000 – 80000 kVA, điện áp 10

và 35 kV Kiểu dây quấn này ngày càng được sử dụng rộng rãi vì độ bền cơ học của nókhi ngắn mạch khá bảo đảm do kết cấu dây quấn gọn chặt Mặt khác

Hình 3.3: Dây quấn ống nhiều lớp dây chữ nhật

1 Cách điện bằng giấy cáp; 2 Vành đệm phụ bằng cacton cách điện;

3 Nêm dọc tạo rãnh làm lạnh

nó còn cơ ưu điểm nữa là lấp đầy cửa sổ mạch từ tốt hơn các dây quấn khác Rãnh dầulàm lạnh dọc trục cũng có hiệu quả truyền nhiệt tốt hơn các loại dây quấn có rãnh dầuhướng kính Độ bền về điện khi có quá điện áp cũng tốt hơn các loại dây quấn kiểu bánh

dây Tuy nhiên nhiều loại dây quấn này có nhược điểm cơ bản là bề mặt làm lạnh bị giảm

đi nhiều so với loại dây quấn bánh dây

Một biến thế mới của

dây quấn hình ống nữa là

dây quấn bằng các tấm nhôm

hay đồng mỏng không bọc

cách điện hay được dùng

trong các máy biến áp đến

1000kVA, điện áp HA dưới

1kV Hình là một ví tụ về

dây quấn hình ống nhiều lớp

quấn từ các tấm nhôm Mỗi

lớp là một vòng, chiều rộng

của tấm nhôm bằng chiều

cao của dây quấn Cách điện

giữa các vòng dây thường là

một hai lớp giấy tụ điện, giấy điện thoại hay giấy cáp cao hơn tấm dây quấn 16 đến 24

mm Dây quấn kiểu này có ưu điểm là dễ quấn nhưng kém chịu lực cơ lúc ngắn mạch.Muốn có độ bền cơ cao phải dùng nhôm tấm đã ủ hay nhôm có độ cứng cao như A6, hayA5 Tuy nhiên, vì tấm nhôm hay đồng không bọc cách điện nên kiểu dây quấn này lại có

ưu điểm là tản nhiệt tốt hơn so với loại dây quấn kiểu dây dẫn Lấp đầy cửa sổ mạch từcũng tốt hơn nhưng công nghệ quấn dây sẽ phức tạp hơn khi điện áp càng cao, và vì lánhôm hay đồng mỏng nên kẹp giữa các dây dẫn ra cũng khó khăn hơn Do đó kiểu dâyquấn bằng kim loại tấm này thường dùng cho cuộn CA với điện áp không quá 10kV

b Dây quấn hình xoắn :

Dây quấn gồm một hàyn sợi dây chữ nhật chập lại quấn theo chiều trục như đườngren ốc Các sợi dây chập thường xếp theo hướng kính và nhất thiết phải có tiết diện vàkích thước các sợi như nhau

Nếu chập các sợi thành một mạch quấn từ trên xuống dưới ta có kiểu dây quấnhình xoắn mạch đơn Khi dòng điện lớn quá phải chập thành hai mạch để quấn, ta có kiểudây quấn hình xoắn mạch kép Kiểu dây quấn này có số vòng ít, tiết diện lớn nên dùnglàm dây quấn HA Ưu điẻm của nó là chịu được lực cơ học tốt, tản nhiệt tốt Nhưngnhược điểm là chiều dài các sợi dây ghép không bằng nhau nên điện trở khácnhau, từ

3 2 1

Hình 3.4: Dây quấn hình ống nhiều lớp làm

bằng các tấm nhôm 1- Tấm nhôm mỏng; 2- Cách điện lớp bằng giấy; 3- Đệm đầu dây quấn

bằng bìa cách điện

thông tản không đều (càng xa trụ sắt từ thông tản càng nhỏ) nên điện kháng cũngkhácnhau Mặt khác dòng điện phân bố không đều làm tăng tổn hao phụ Vì vậy các sợidây chập quấn quanh trụ cần được hoán vị.

Đối với dây quấn hình xoắn mạch đơn theo chiều dài dây quấn người ta thườnghoán vị tập trung ba chỗ gồm:

- Hai hoán vị phân bố tổ ở khoảng ẳ và 2/3 chiều cao cuộn dây

- Một hoán vị toàn bộ ở giữa đoạn dây

a)

b)

TiÕt diÖnmét vßng

Hình 3.5: Dây quấn hình xoắn a) mạch đơn (6 vòng dây); b) Mạch kép (4 vòng dây).Tại chỗ hoán vị các sợi ghép chập phải đổi chỗ cho nhau (sợi ở ngoài vào trong,sợi ở trong ra ngoài…) vì thế cần phải có một khoảng để các sợi dây tránh nhau Như vậychiều cao dây quấn tăng thêm một rãnh dầu và một bánh dây Nói chung để hoán vị được

dễ dàng và dây quấn chắc chắn thì số sợi ghép chập không nên qúa 4

Đối với dây quấn hình xoắn mạch kép người ta không dùng kiểu hoán vị tập trungtại 3 chỗ như vậy mà hoán vị phân bố đều, nghĩa là có bao nhiêù sợi dây chập thì có bấynhiêu lần hoán vị và phân bố vị trí hoán vị trên toàn chiều cao dây quấn Vì nhờ có hai

mạch chạy song song nhau nên chỗ hoán vị không cần phải “tránh” nhau mà có thể đổilẫn vị trí các sợi dây dễ dàng, do đó việc hoán vị không ảnh hưởng tới chiều cao dây quấn

Dây quấn hình xoắn thích dụng cho các cuộn HA điện áp từ 0,230 đến 35kV vớicác máy biến áp có công suất từ 160 đến 1000kVA

c Dây quấn hình ống nhiều lớp

Dây dẫn dùng là dây tròn quấn thành hình trụ nhiều lớp (lớn hơn 2), đồng tâm Vì

số vòng dây trong một lớp nhiều nên điện áp giữa các lớp cao do đó cách điện của dâydẫn không đảm bảo, do vậy phải thêm cách điện giữa các lớp Thường dùng vài lớp giấycáp để cách điện là đủ (đối với điện áp 10kV, dùng 3 lớp dày 3 x 0,12mm; đối với điện

áp 6kV dùng hai lớp dày 2 x 0,16 mm) Để đề phòng phóng điện bề mặt, chiều cao cáchđiện giữa các lớp phải cao hơn chều cao của dây quấn từ 20 đến 50 mm (cả hai phía) vàđược quấn thêm những gờ bằng bìa cách điện Nếu số lớp nhiều quá thì việc tản nhiệt sẽkhó khăn do đó cần phải có rãnh dầu dọc ở giữa khi làm dây quấn HA ở trong, rãnh dầu

có thể ở giữa dây quấn, còn khi làm dây quấn CA ở ngoài, rãnh đều thường bố trí vàoquãng 1/3 đến 1/5 chiều dày cuộn dây tính từ trong ra ngoài

Hình 3.6: Cách điện phần dầu của dây quấn hình ống nhiều lớp.

Dây quấn có thể dùng một sợi hay hai sợi chập lại, nhng ít khi dùng tới 4 sợi Khidùng nhiều sợi cũng không cần hoán vị vị trí của nó phân bố đã tương đối đều đặn

Việc rút đầu dây phân áp cũng dễ dàng mà không cần cắt hàn đầu dây

a) b) c) d) ®)

Hình 3.7: Cách điện phần dầu của dây quấn hình ống nhiều lớp

Kiểu dây quấn này có điện dung trục lớn, do đó hệ số

q

d

C C

α =

(trong đó Cđ làtổng điện dung dọc và Cq là tổng điện dung ngang của dây quấn) nhỏ nên chống sét tốt.Mặt khác kết cấu đơn giản, quá trình chế tạo cũng dễ Nhược điểm là chịu lực co giớikém và tản nhiệt có phần khó khăn

Dây quấn này chủ yếu đợc áp dụng cho các máy biến áp có S dưới 630kVA vàthường làm cuộn cao áp với điện áp 6,10 hay 35kV

Ngoài ra còn có một kiểu gần giống kiểu ống nhiều lớp dây tròn nữa gọi là dây quấn hìnhống nhiều lớp phân đoạn, ở đây cũng làm bằng dây tròn Việc phân đoạn thành nhiềubánh dây như vậy (thường là từng đôi một) sẽ giảm được điện áp giữa các lớp cạnh nhautrong từng bánh dây, nhờ đó có thể cải thiện vấn đề cách điện giữa các lớp Mặt khác việclàm nguội cuộn dây cũng dễ dàng hơn Nhược điểm của dây quấn này là việc quấn dâyphức tạp hơn, do đó giá thành cao hơn

d Dây quấn kiểu xoáy ốc liên tục

ở đây người ta dùng dây tiết diện chữ nhật quấn liên tục thành nhiều bánh theo ường xoáy ốc phẳng Như vậy chiều cao bánh dây vừa bằng chiều cao sợi dây Giữa tất

đ-cả các bánh dây hay vài bánh dây một có rãnh dầu ngang Suốt cuộn dây không có mốihàn nào để nối các bánh nên được gọi là dây bánh liên tục Có thể dùng một sợi haynhiều sợi chập lại để quấn nhưng không nên quá 44

Dây quấn liên tục có uư điểm là chịu đợc lực cơ học tốt Nhưng nhược điểm là quátrình quấn phức tạp, vì khi một bánh quấn từ trong ra ngoài thường lệ, thì bánh tiếp theophải quấn từ ngoài vào trong Muốn quấn được bánh này trớc hét phải quấn tạm từ trong

ra ngoài như bánh trước đó đã, sau đó khi đầy bánh phải giữ lấy đầu cuối và đầu đầu của

nó rồi dùng tay nếp lại để cho những vòng trong ra ngoài và vòng ngoài vào trong Như

vậy ta được một đôi bánh khác (xem giáo trình “công nghệ chế tạo máy biến áp” của bộmôn thiết bị điện).

60 1

Hình 3.9.Dây quấn xoáy ốc liên tục

Yêu cầu đối với dây quấn này là:

- Các đầu ra của dây quấn ở phía ngoài cùng bánh dây, để cách điện đỡ phiềnphức Như vậy số bánh dây phải là số chẵn

- Khi chập nhiều sợi phải hoán vị giữa các sợi dây nhưng việc hoán vị ở đây cóthể tiến hành giữa hai bánh cạnh nhau và không làm thay đổi chiều cao của dây quấn

Dây quấn xoáy ốc liên tục chủ yếu dùng làm cuộn CA và thờng dùng trong mộtdải công suất rộng các máy biến áp từ 160 đến 100000kVA, điện áp từ 2 đến 500kV và

hơn nữa Nó cũng có thể dùng làm cuộn HA cho những máy biến áp có dòng điện từ 10,

15 đến 300A

Ngoài những kiểu dây quấn cính thờng dùng trên còn một số kiểu dây quấn khác

nh dây quấn không cộng hởng, dây quấn xen kẽ… dùng trong những máy biến áp chốngsét, máy biến áp hàn điện…

Nh đã biết (chơng 1) hiện nay ngoài dây quấn làm bằng dây đồng, một số nớccông nghiệp phát triển trên thế giới còn dùng dây nhôm Nh vậy sẽ tiết kiệm đợc đồng –một kim loại chiến lợc rất quan trọng, mặt khác nhôm nhẹ, rẻ hơn nên giảm đợc trọng l-ợng máy và một phần giá thành vật liệu dây quấn Tuy vậy dùng nhôm vẫn còn có một sốkhó khăn về kỹ thuật làm giảm tính năng của máy cần phải tiếp tục khắc phục Do đó nócha đợc dùng nhiều trong các máy biến áp loại lớn

II.Tính toán dây quấn hạ áp:

1 Số vòng dây một pha của dây quấn

34000.25 0,746.0,9 .10 2,99.10 ( / ) 3( / )

4 Chiều cao hướng trục của mỗi vòng dây

ta có với h v1 =40(mm), J cp =3( /A mm2)⇒ q=2400(/mm2),thì b không được phép vượt

quá 43mm.do đó ta chọn kiểu dây xoắn mạch kép

5.Theo bảng 21 (trang 190-191) với ' 2

S = mm và h v1=40(mm)ta chọn tiết diện củamỗi vòng dây gồm 12 sợi dây song song theo đồ thị 3-40a sách TKMBAĐL ta chọnb=39(mm)

Do tỷ lệ kích thớc sợi dây chọn trong phạm vi 1,3< b/a <3.nên chọn a= 4,5(mm)

K=0,94÷0,96 là hệ số có xét sự co ngót khi ép chặt để sấy dây quấn

9.kích thước rộng của dây quấn :

Theo bảng 18 trang 197 sách TKMBAĐL Với U th1 =5KV ,s= 4000KVA dây quấn xoắn

kép ta tìm được a01=17,5(mm) 0,0175( )= m .dây quấn được quấn trên bia bakelít, ống có

11.Đường kính ngoài của dây quấn HA :

K = : Hệ Số chêm kín mặt ngoài của dây quấn.

13.trọng lượng đồng của dây quấn HA :

III.Tính toán dây quấn cao áp :

1.Chọn sơ đồ điều chỉnh điên áp (như hình vẽ 3.1),các đầu

phân áp được nối vào của bộ đổi nối 3 pha (hinh vẽ 3.2) dòng

điện làm viêc qua các tiếp điểm là 63(A).Điện áp lớn nhất giữa

các tiếp điểm của 2 pha của bộ đổi nối là :