Đồ án - Máy biến áp 250kva docx

Máy biến áp điện lực làmột bộ phận rất quan trọng trong hệ thống điện, việc tải điện năng đi xa từ nhà máyđiện bộ phận tiêu thụ trong các hệ thống điện hiện nay cần phải có tối thiểu 3 đ

Máy biến áp 250kva

Mục Lục

LỜI NÓI ĐẦU 3

PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ MÁY BIẾN ÁP 5

1.1 VÀI NÉT KHÁI QUÁT VỀ MÁY BIẾN ÁP 5

1.2 ĐỊNH NGHĨA MÁY BIẾN ÁP 6

1.3 CÁC LƯỢNG ĐỊNH MỨC 7

1.4 CÔNG DỤNG CỦA MBA 7

1.5 CẤU TẠO CỦA MÁY BIẾN ÁP 8

1.6 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MBA 14

1.7 TIÊU CHUẨN HÓA TRONG VIỆC CHẾ TẠO MBA ĐIỆN LỰC: 16

1.8 MỤC ĐÍCH YÊU CẦU VÀ NHIỆM VỤ: 17

PHẦN II: THIẾT KẾ 19

CHƯƠNG 1 : TÍNH TOÁN CÁC KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU CỦA MÁY BIẾN ÁP 21

1.1 XÁC ĐỊNH CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐIỆN CƠ BẢN CỦA MBA 21

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ MẠCH TỪ 23

2.1 CHỌN TÔN SILIC 23

2.2 CẮT LÁ THÉP 23

2.3 TÍNH CHỌN SƠ BỘ MẠCH TỪ 24

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN DÂY QUẤN MÁY BIẾN ÁP 32

3.1 CÁC YÊU CẦU CHUNG 32

3.2 TÍNH TOÁN DÂY QUẤN HẠ ÁP 33

3.3 TÍNH TOÁN DÂY QUẤN CAO ÁP 37

CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN THAM SỐ KHÔNG TẢI NGẮN MẠCH 43

4.1 XÁC ĐỊNH TỔN HAO NGẮN MẠCH 43

4.2 XÁC ĐỊNH ĐIỆN ÁP NGẮN MẠCH (Un) 47

4.3 TÍNH DÒNG ĐIỆN NGẮN MẠCH CỰC ĐẠI 48

4.4 TÍNH LỰC CƠ GIỚI LÚC NGẮN MẠCH 49

4.5 TÍNH ỨNG SUẤT CỦA DÂY QUẤN 50

CHƯƠNG V: TÍNH TOÁN CUỐI CÙNG MẠCH TỪ 52

5.1 XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CỤ THỂ CỦA LÕI SẮT 52

5.2 TÍNH TỔN HAO KHÔNG TẢI 55

5.3 HIỆU SUẤT CỦA MBA 58

5.4 CHI PHÍ VẬT LIỆU TÁC DỤNG 58

CHƯƠNG VI: TÍNH TOÁN NHIỆT MÁY BIẾN ÁP 59

6.1 ĐẠI CƯƠNG 59

6.2 TÍNH TOÁN CỤ THỂ VỀ NHIỆT CỦA MBA 60

PHẦN III: KẾT CẤU MÁY BIẾN ÁP 68

I KẾT CẤU VỎ 68

II KẾT CẤU RUỘT MÁY 68

III LẮP RUỘT VÀO VỎ 68

IV BỐ TRÍ CÁC CHI TIẾT TRÊN NẮP MÁY 69

V KẾT CẤU MÁY HOÀN CHỈNH 69

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay trình độ khoa học kỹ thuật phát triển mạnh mẽ Đã có nhiều nhà máy,

xí nghiệp ra đời với trình độ công nghệ cao, hiện đại hoá trên cả nước vì vậy yêu cầuđất nước phải có một hệ thống điện ổn định, chất lượng cao để đáp ứng và phục vụ đắclực cho sản xuất và đời sống Để đảm bảo điều đó việc truyền tải điện năng phải ngàycàng đổi mới và hoàn thiện về các trang thiết bị và kỹ thuật Máy biến áp điện lực làmột bộ phận rất quan trọng trong hệ thống điện, việc tải điện năng đi xa từ nhà máyđiện bộ phận tiêu thụ trong các hệ thống điện hiện nay cần phải có tối thiểu 3 đến 4 lầntăng giảm điện áp do đó tổng công suất đặt (hay dung lượng) của các máy biến áp gấpmấy lần công suất của máy phát điện Gần đây người ta tính ra rằng nó có thể gấp đến

6 hay 8 lần hay cao hơn nữa, hiệu suất của máy biến áp thường rất lớn 98-99% nhưng

vì số lượng máy biến áp khá nhiều nên tổng tiêu hao trong hệ hống rất đáng kể vì thếcần chú ý đến việc giảm tổn hao nhất là tổn hao không tải trong máy biến áp Để giảiquyết vấn đề này hiện nay trong nghành chế tạo máy biến áp, người ta chủ yếu sửdụng thép cán lạnh, có suất tổn hao và công suất từ hoá thấp mặt khác còn thay đổi cáckết cấu từ một cách thích hợp như ghép mối nghiêng các lá thép tôn trong lõi thép,thay các kết cấu bu lông ép trụ và xuyên lõi thép bằng các vòng đai ép hay hay dùngnhững qui trình công nghệ mới về cắt dập lá thép, tự động về ủ lá thép, về lắp ráp nhờ vậy mà công suất và điện áp của các mba đã được nâng cao rõ rệt

Ta biết rằng máy biến áp điện lực (MBAĐL) là một bộ phận rất quan trọng trong

hệ thống điện, MBAĐL ngâm dầu là loại máy được sử dụng rất phổ biến hiện nay donhững ưu điểm vượt trội của loại máy này có được Nhờ đó mà MBAĐL ngâm dầungày càng được sử dụng rộng rãi hơn và không ngừng được cải tiến sao cho phục vụnhu cầu của người sử dụng được tốt nhất

Nhân dịp này cho phép em bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc nhất tới thầy giáo Võ TiếnTrung - người thầy đã tận tình hướng dẫn em trong suốt quá trình học tập và nghiêncứu Đồng thời em xin chân thành cảm ơn tới các thầy cô giáo trong khoa Điện đãnhiệt tình giảng dạy và tất cả các bạn bè, đặc biệt là các bạn trong lớp ĐHLT - ĐiệnK1 đã động viên giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành đồ án này

GVHD: Th.S Vâ TiÕn Trung SVTH: NguyÔn Do·n Hng3

Mặc dù đã có nhiều cố gắng nhưng vì năng lực còn hạn chế nên Đồ án không thểtránh khỏi những thiếu sót về cả nội dung lẫn hình thức Vì vậy, em rất mong nhậnđược những lời chỉ bảo quí báu của các thầy cô giáo và những góp ý của bạn đọc.

Vinh ngày 30 tháng 04 năm 2009

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Doãn Hưng

Máy biến áp tăng áp

Đường dây tải

Máy biến áp giảm áp

Hộ tiêu thụ

PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ MÁY BIẾN ÁP

1.1 VÀI NÉT KHÁI QUÁT VỀ MÁY BIẾN ÁP

Để dẫn điện từ các trạm phát điện đến hộ tiêu thụ cần phải có đường dây tảiđiện (hình 1.1) Nếu khoảng cách giữa nơi sản xuất điện và nơi tiêu thụ điện lớn, mộtvấn đề rất lớn đặt ra và cần được giải quyết là việc truyền tải điện năng đi xa làm saocho kinh tế nhất và đảm bảo được các chỉ tiêu kỹ thuật

Hình 1.1 Sơ đồ mạng truyền tải điện đơn giản

Như ta đã biết, cùng một công suất truyền tải trên đường dây, nếu điện áp đượctăng cao thì dòng điện chạy trên đường dây sẽ giảm xuống, như vậy có thể làm tiếtdiện dây nhỏ đi, do đó trọng lượng và chi phí dây dẫn sẽ giảm xuống, đồng thời tổnhao năng lượng trên đường dây cũng sẽ giảm xuống Vì thế, muốn truyền tải công suấtlớn đi xa, ít tổn hao và tiết kiệm kim loại màu trên đường dây người ta phải dùng điện

áp cao, dẫn điện bằng các đường dây cao thế, thường là 35, 110, 220 và 500 KV Trênthực tế, các máy phát điện thường không phát ra những điện áp như vậy vì lí do antoàn, mà chỉ phát ra điện áp từ 3 đến 21KV, do đó phải có thiết bị để tăng điện áp đầuđường dây lên Mặt khác các hộ tiêu thụ thường chỉ sử dụng điện áp thấp từ 127V,500V hay cùng lắm đến 6KV, do đó trước khi sử dung điện năng ở đây cần phải cóthiết bị giảm điện áp xuống Những thiết bị dùng để tăng điện áp ra của máy phát điệntức đầu đường dây dẫn và những thiết bị giảm điện áp trước khi đến hộ tiêu thụ gọi làcác máy biến áp (MBA)

Thực ra trong hệ thống điện lực, muốn truyền tải và phân phối công suất từ nhàmáy điện đến tận các hộ tiêu thụ một cách hợp lí, thường phải qua ba, bốn lần tăng vàgiảm điện áp như vậy Do đó tổng công suất của các MBA trong hệ thống điện lựcthường gấp ba, bốn lần công suất của trạm phát điện Những MBA dùng trong hệthống điện lực gọi là MBA điện lực hay MBA công suất Từ đó ta cũng thấy rõ, MBA

GVHD: Th.S Vâ TiÕn Trung SVTH: NguyÔn Do·n Hng5

chỉ làm nhiệm vụ truyền tải hoặc phân phối năng lượng chứ không chuyển hóa nănglượng.

Ngày nay khuynh hướng phát triển của MBA điện lực là thiết kế chế tạo nhữngMBA có dung lượng thật lớn, điện áp thật cao, dùng nguyên liệu mới chế tạo để giảmtrọng lượng và kích thước máy

Nước ta hiện nay ngành chế tạo MBA đã thực sự có một chỗ đứng trong việcđáp ứng phục vụ cho công cuộc công nghiệp hiện đại hóa nước nhà Hiện nay chúng ta

đã sản xuất được những MBA có dung lượng 63000KVA với điện áp 110KV

1.2 ĐỊNH NGHĨA MÁY BIẾN ÁP

1 Máy biến áp là một thiết bị điện từ đứng yên, làm việc dựa trên nguyên lícảm ứng điện từ, biến đổi một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp này thành một

hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp khác, với tần số không thay đổi Kí hiệu mộtMBA đơn giản như hình 1.2

Hình 1.2 Kí hiệu MBAĐầu vào của MBA được nối với nguồn điện, được gọi là sơ cấp (SC) Đầu racủa MBA được nối với tải gọi là thứ cấp (TC)

2 Khi điện áp đầu ra (thứ cấp) lớn hơn điện áp vào (sơ cấp) ta có MBA tăng ápkhi điện áp đầu ra TC nhỏ hơn điện áp vào SC ta có MBA hạ áp

3 a/ Các đại lượng và thông số của đầu sơ cấp:

+ U1 : Điện áp sơ cấp + I1 : Dòng điện qua cuộn sơ cấp+ P1 : Công suất sơ cấp

+ W 1: Số vòng dây của cuộn sơ cấp

b/ Các đại lượng và thông số của đầu thứ cấp:

+U2: Điện áp thứ cấp+ I2 : Dòng điện qua cuộn thứ cấp+ P2: Công suất thứ cấp

b Dòng điện định mức (Iđm)

- Dòng điện định mức là dòng điện đã qui định cho mỗi dây quấn của MBA,ứng với công suất định mức và điện áp định mức Đối với MBA 1 pha dòng điện địnhmức là dòng điện pha Đối với MBA 3 pha dòng điện định mức là dòng điện dây

1.4 CÔNG DỤNG CỦA MBA

MBA đã và đang được sử dụng rộng rãi trong đời sống, phục vụ con người vớicác mục đích khác nhau như:

+ Trong các thiết bị lò nung có MBA lò

+ Trong hàn điện có MBA hàn

+ Làm nguồn cho các thiết bị điện, thiết bị điện tử công suất

+ Trong lĩnh vực đo lường (máy biến dòng, máy biến điện áp…)

+ Máy biến áp thử nghiệm

GVHD: Th.S Vâ TiÕn Trung SVTH: NguyÔn Do·n Hng7

+ Và đặc biệt quan trọng là MBA điện lực được sử dụng trong hệ thống điện.Trong hệ thống điện MBA có vai trò vô cùng quan trọng, dùng để truyền tải

và phân phối điện năng, vì các nhà máy điện công suất lớn thường ở xa các trung tâmtiêu thụ điện (các khu công nghiệp và các hộ tiêu thụ…) vì thế cần phải xây dựng các

hệ thống truyền tải điện năng

Điện áp do nhà máy phát ra thường là: 6.3; 10.5; 15.75; 38.5 KV Để nângcao khả năng truyền tải và giảm tổn hao công suất trên đường dây phải giảm dòng điệnchạy trên đường dây, bằng cách nâng cao điện áp truyền, vì vậy ở đầu đường dây cầnlắp đặt MBA tăng áp 110 KV; 220KV; 500 KV; và ở cuối đường dây cần đặt MBA

hạ áp để cung cấp điện cho nơi tiêu thụ, thường là 127V đến 500V và các động cơcông suất lớn thường là 3 đến 6 KV

1.5 CẤU TẠO CỦA MÁY BIẾN ÁP

Máy biến áp có 2 bộ phận chính đó là: Lõi sắt và Dây quấn Ngoài ra còn cócác bộ phận khác như vỏ máy và hệ thống làm mát

1.5.1 Lõi sắt máy biến áp

Lõi sắt máy biến áp dùng để dẫn từ thông chính của máy, được chế tạo từnhững vật liệu dẫn từ tốt như thép lá kĩ thuật điện Ngày nay loại tôn cán lạnh được sửdụng chủ yếu trong công nghệ chế tạo lõi sắt, do tôn cán lạnh là loại tôn có vị trí sắpxếp các tinh thể gần như không đổi và có tính dẫn từ định hướng, do đó suất tổn haogiảm 2 đến 2,5 lần so với tôn cán nóng Độ từ thẩm thay đổi rất ít theo thời gian, dùngtôn cán lạnh cho phép tăng cường độ từ cảm trong lõi sắt lên tới 1,6 đến 1,65 T(Tesla), trong khi đó tôn cán nóng chỉ tăng được từ 1,3 đến 1,45 T, từ đó giảm đượctổn hao trong máy, dẫn đến giảm được trọng lượng kích thước máy, đặc biệt là rút bớtđáng kể chiều cao của MBA, rất thuận tiện cho việc chuyên chở Tuy nhiên tôn cánlạnh giá thành có đắt hơn, nhưng do việc giảm được tổn hao và trọng lượng máy nênngười ta tính rằng những MBA được chế tạo bằng loại tôn này trong vận hành vẫnkinh tế hơn MBA được làm bằng tôn cán nóng

Hiện nay ở các nước, tất cả các MBA điện lực đều được thiết kế bởi tôn các lạnh, (như các loại tôn cán lạnh của Nga, Nhật, Mỹ, CHLB Đức…v.v)

Lõi sắt gồm 2 bộ phận chính đó là trụ (T) và gông (G)

Trụ là nơi để đặt dây quấn.

a Lõi sắt kiểu trụ: dây quấn ôm lấy trụ sắt, gông từ chỉ giáp phía trên và phía

dưới dây quấn mà không bao lấy mặt ngoài của dây quấn, trụ sắt thường bó trí đứng,tiết diện trụ có dạng gần hình tròn, kết cấu này đơn giản, làm việc bảo đảm, dùng ít vậtliệu, vì vậy hiện nay hầu hết các MBA điện lực đều sử dụng kiểu lõi sắt này (hình 1.3)

b Lõi sắt kiểu bọc: Kiểu này gông từ không những bao lấy phần trên và phần

dưới dây quấn mà còn bao cả mặt bên của dây quấn Lõi sắt như bọc lấy dây quấn, trụthường để nằm ngang, tiết diện trụ có dạng hình chữ nhật MBA loại này có ưu điểm làkhông cao nên vận chuyển dễ dàng, giảm được chiều dài của dây dẫn từ dây quấn đến

sứ ra, chống sét tốt vì dùng dây quấn xen kẽ nên điện dung dây quấn Cdq lớn, điệndung đối với đất Cđ nhỏ nên sự phân bố điện áp sét trên dây quấn đều hơn Nhưng kiểulõi sắt này có nhược điểm là chế tạo phức tạp cả lõi sắt và dây quấn, các lá thép kỹthuật điện nhiều loại kích thước khác nhau khi dây quấn quấn thành ống tiết diện tròn,

GVHD: Th.S Vâ TiÕn Trung SVTH: NguyÔn Do·n Hng

Hình 1.3: Kết cấu mạch từ kiểu trụ

a Một pha, b Ba pha

9

trong trường hợp dây quấn quấn thành ống chữ nhật thì độ bền về cơ kém vì các lực cơtác dụng lên dây quấn không đều, tốn nguyên vật liệu Lõi sắt loại này thường được sửdụng chế tạo cho các MBA lò điện

c Lõi sắt kiểu trụ – bọc (hình 1.4): Là kiểu lõi sắt có sự liên hệ giữa kiểu trụ và

kiểu bọc Kiểu này hay dùng trong các MBA một pha hay ba pha với công suất lớn(hơn 100000KVA /1 pha) và để giảm bớt chiều cao của trụ ta có thể san gông sang hai bên.Đối với MBA có lõi sắt kiểu bọc và kiểu trụ – bọc thì hai trụ sắt phía ngoài cũngthuộc về gông Để giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên, lõi sắt được ghép từnhững lá thép kĩ thuật điện có độ dày 0,35mm có phủ sơn cách điện trên bề mặt

Các kiểu ghép trụ và gông với nhau: Theo các phương pháp ghép trụ và gôngvào nhau ta có thể chia lõi sắt thành 2 kiểu đó là lõi ghép nối và ghép xen kẽ

Ghép nối là kiểu ghép mà gông và trụ ghép riêng sau đó được đem nối với nhau

nhờ những xà và bulong ép (hình 1.6a) kiểu ghép này ghép đơn giản nhưng khe hởkhông khí giữa trụ và gông lớn nên tổn hao và dòng điện không tải lớn, vì thế mà kiểunày ít được sử dụng

Ghép xen kẽ là từng lớp lá thép của trụ và gông lần lượt đặt xen kẽ (hình 1.6b)

sau đó dùng xà ép và bulong ép chặt Muốn lồng dây vào thì dở hết phần gông trên ra,cho dây quấn đã được quấn trên ống bakelit lồng vào trụ, trụ được nêm chặt với ốngbakelit bằng cách nêm cách điện (gỗ, bakelit) sau đó xếp lá thép vào gông như cũ và

ép gông lại

Để giảm bớt tổn hao do tính dẫn từ không đẳng hướng khi ghép các lá thép ta

có thể thêm những mối nối nghiêng giữa trụ và bốn góc, hay có thể cắt vát góc lá thép

kĩ thuật điện như (hình 1.6.c.d.e)

Do dây quấn thường quấn thành hình tròn, nên tiết diện ngang của trụ sắtthường làm thành hình bậc thang gần tròn

Gông từ vì không quấn dây do đó để thuận tiện cho việc chế tạo tiết diệnngang của gông có thể làm đơn giản, hình vuông hình chữ nhật hay chữ T Tuy nhiênhiện nay hầu hết các MBA điện lực người ta hay dùng tiết diện gông hình bậc thang có

số bậc gần bằng số bậc của tiết diện trụ

Hình 1.4 Mạch từ kiểu trụ – bọc1: Trụ 2: Gông 3: Dây quấn

Hình 1.6 Thứ tự ghép lõi sắt ba pha

a Ghép nối b Ghép xen kẽ mối nối thẳng; c Ghép xen kẽ mối nối nghiêng 4 góc

d Ghép xen kẽ mối nối nghiêng 6 góc; e ghép xen kẽ hỗn hợp

1.5.2 Dây quấn máy biến áp.

Dây quấn là bộ phận dẫn điện của MBA, làm nhiệm vụ thu năng lượng vào

và truyền năng lượng ra Kim loại làm dây quấn thường bằng đồng, cũng có thể bằngnhôm (ít phổ biến)

Dây quấn gồm nhiều vòng dây và được lồng vào trụ lõi sắt giữa các vòngdây, dây quấn có cách điện với nhau và các cuộn dây được cách điện với lõi

Dây quấn MBA gồm có 2 cuộn cuộn cao áp (CA) cuộn hạ áp (HA) đôi khicòn có cuộn trung áp (TA)

Theo cách sắp xếp dây quấn CA và HA, người ta chia ra hai loại dây quấn chính đó là: Dây quấn đồng tâm và dây qu n xen kấn xen kẽ ẽ

a Dây quấn đồng tâm (hình 1.7): Cuộn CA và HA là những hình ống đồng tâm, bố

trí cuộn HA đặt sát trụ còn cuộn CA đặt ngoài Bố trí cuộn CA đặt ngoài sẽ đơn giảnđuợc việc rút đầu dây điều chỉnh điện áp cũng như giảm được kích thước rãnh cáchđiện giữa các cuộn dây và giữa cuộn dây với trụ sắt

GVHD: Th.S Vâ TiÕn Trung SVTH: NguyÔn Do·n Hng11

b Dây quấn xen kẽ: Cuộn CA và HA được quấn thành từng bánh có chiều cao thấp

và quấn xen kẽ, do đó giảm được lực dọc trục khi ngắn mạch Dây quấn xen kẽ cónhiều rãnh dầu ngang nên tản nhiệt tốt nhưng về mặt cơ thi kém vững chắc so với dâyquấn đồng âm Dây quấn kiểu này có nhiều mối hàn giữa các bánh dây

1.5.3 Vỏ máy biến áp:

Vỏ MBA là bộ phận bảo vệ lõi MBA tránh tác động của các điều kiện ngoạicảnh như môi trường khí hậu Vỏ MBA gồm hai bộ phận thùng và nắp thùng

a Thùng MBA: Thùng máy làm bằng thép, thường là hình bầu dục Lúc MBA

làm việc, một phần năng lượng bị tiêu hao, thoát ra dưới dạng nhiệt đốt nóng lõi thép,dây cuốn và các bộ phận khác làm cho nhiệt độ của MBA tăng lên Do đó giữa MBA

và môi trường xung quanh có một hiệu số nhiệt độ gọi là nhiệt độ chênh Nếu nhiệt độchênh vượt quá qui định thì sẽ làm giảm tuổi thọ cách điện và có thể gây sự cố đối vớiMBA

Trong các MBA để tăng cường làm nguội MBA khi vận hành thì lõi MBA đượcngâm trong môi trường dầu Nhờ sự đối lưu trong dầu, nhiệt truyền từ các bộ phận bêntrong MBA sang dầu rồi từ dầu qua vách thùng và truyền ra môi trường xung quanh.Lớp dầu sát vách thùng nguội dần sẽ chuyển dần xuống phía dưới và lại tiếp tục làmnguội một cách tuần hoàn các bộ phận bên trong MBA Mặt khác dầu MBA còn làmnhiệm vụ tăng cường cách điện

Tùy theo dung lượng MBA, mà hình dáng và kết cấu thùng dầu khác nhau Loạithùng dầu đơn giản nhất là thùng dầu phẳng thường dùng cho các MBA dung lượng từ30KVA trở xuống

Đối với các MBA cỡ trung bình và lớn, người ta dùng loại thùng dầu có ống hayloại thùng có bộ tản nhiệt

Hình 1.9 Thùng dầu kiểu ống Hình 1.10 Thùng dầu có bộ tản nhiệt

Ở những MBA có dung lượng đến 10.000KVA Ta dùng những bộ tản nhiệt cóthêm quạt gió để tăng cường làm nguội MBA

Ở những MBA dùng trong trạm thủy điện, dầu được bơm qua một hệ thống ống nước

để tăng cường làm nguội máy

b Nắp thùng: Nắp thùng MBA dùng để đậy thùng và trên đó đặt các chi tiết

máy quan trọng như: Các sứ ra của đầu dây CA và HA, bình giãn dầu, ống bảo hiểm,

hệ thống rơle bảo vệ, bộ phận truyền động của bộ đổi nối các đầu điều chỉnh điện ápcủa dây quấn CA

Các sứ ra của dây cuốn CA và HA làm nhiệm vụ cách điện giữa dây dẫn ra với

vỏ máy Điện áp càng cao thì kích thước và trọng lượng sứ ra càng lớn

Bình giãn dầu: Là một thùng hình trụ bằng thép đặt nằm ngang trên nắp thùng vànối với thùng bằng một ống dẫn dầu Để bảo đảm dầu trong thùng luôn luôn đầy, phảiduy trì dầu ở một mức nhất định Dầu trong thùng MBA thông qua bình giãn dầu giãn

nở tự do Ống chỉ mức dầu đặt bên cạnh bình giãn dầu để theo dõi mức đầu bên trong.Ống bảo hiểm: Làm bằng thép thường là trụ nghiêng, một đầu nối với thùng, mộtđầu bịt bằng một đĩa thủy tinh Nếu vì lí do nào đó mà áp suất dầu trong thùng cao quámức cho phép thì đĩa thủy tinh sẽ vỡ để dầu thoát ra lối đó tránh hư hỏng MBA Chú ýống bảo hiểm đầu đặt đĩa thủy tinh quay về phía ít người qua lại hay những vị trí ítnguy hiểm nhất

1.6 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MBA

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

Các cuộn dấy sơ cấp và thứ cấp trong một MBA không có liên hệ với nhau vềđiện mà chỉ có liên hệ với nhau về từ

Xét sơ dồ nguyên lý của một MBA1 pha (hình 1.11)

Hình 1.11 Nguyên lý làm việc của MBAĐây là sơ đồ MBA 1 pha 2 dây quấn, máy gồm có 2 cuộn dây Cuộn sơ cấp có1

w vòng dây và có cuộn thứ cấp có w2 vòng dây được quấn trên lõi thép

GVHD: Th.S Vâ TiÕn Trung SVTH: NguyÔn Do·n Hng13

I

2

Zt

W

2U

1

U2

Khi đặt một điện áp xoay chiều v1vào dây cuốn sơ cấp trong đó sẽ có dòng điện1

i Trong lõi thép và sinh ra từ thông  móc vòng với cả hai cuộn dây sơ cấp và thứcấp, cảm ứng ra các sức điện động e1 và e2, ở cuộn sơ cấp có sức điện động sẽ sinh

ra dòng điện i1 đưa ra tải với điện áp là u2

Giả thiết điện áp xoay chiều đặt vào là một hàm số hình sin thì thừ thông do nó sinh racũng là một hàm số hình sin

2cos

sin

1 1

w dt

d w

(1-4-a)

)2sin(

2cos

sin

2 2

w dt

d w

(1-4-b)

Trong đó:

m m

.

1 1

1

1    5-a)

(1-m m

.

2 2

1

w

w E

E

Nếu không kể điện áp rơi trên các dây quấn thì có thể coi U1E1, U2E2 do

đó k có thể coi như tỉ số điện áp giữa dây quấn sơ cấp và thứ cấp

2

1 2

1

U

U E

E

k   (1-7)

1.7 TIÊU CHUẨN HÓA TRONG VIỆC CHẾ TẠO MBA ĐIỆN LỰC:

MBA điện lực được chế tạo với tính năng được qui định theo tiêu chuẩn nhànước như sau:

Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6391-1-1998 có các qui định

- Điều kiện làm việc của MBA Độ cao không quá 100m so với mực nước biển,nhiệt độ của không khí xung quanh nằm trong phạm vi -20o C đến -40oC Trong trườnghợp này biến áp được làm nguội bằng nước thì nhiệt độ nước đầu vào không vượt quá

25o C

- Về dòng công suất: Các giá trị ưu tiên của công suất định mức đối với MBAcông suất đến 10MVA được chọn theo dãy R10 của 10; 16; 25; 63; 100; 160; 250;400; 630; 1000; 1600; 2500; 4000; 6300; 10.000 KVA Nếu là MBA một pha thì côngsuất 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 Tiêuchuẩn cũng có qui định ký hiệu về cách đấu nối với góc lệch pha trong MBA 3 phanhư sau: Kiểu nối sao, tam giác hoặc zic-zac các dây pha của MBA 3 pha và đượcđánh 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 nói với Y (y) hoặc Z (z) được đưa ra ngoài thìvực đánh dấu phải là YN (yn) hoặc ZN (zn) cho các phía CA và HA

Các ký hiệu bằng chữ liên quan đến các cuộn dây khác nhau của một MBA đềuđược 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 MBA 3 pha so vớiđiện áp dây so cấp thường được chỉ thị bằng chỉ số của đồng hồ giờ, trong đó vectơđiện áp sơ cấp luôn chỉ số 12 trên mặt đồng hồ tượng trưng cho kim phút Vectơ điện

áp thứ cấp sẽ lệch pha tương ứng ở các vị trí lần lượt chỉ các giờ trong đó só 12 có thểcoi là số 0 (chỉ số càng cao thì sự chậm pha càng lớn)

1.8 MỤC ĐÍCH YÊU CẦU VÀ NHIỆM VỤ:

Để đảm bảo về tính toán hợp lý tốn ít thời gian, việc tính toán MBA sẽ lần lượttiến hành theo trình tự như sau:

1 Xác định các đại lượng cơ bản:

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

GVHD: Th.S Vâ TiÕn Trung SVTH: NguyÔn Do·n Hng15

- Xác định điện áp thử của các dây quấn

- Xác định các thành phần của điện áp ngắn mạnh

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 tự cảm củalõi sắt

- Chọn các kết cấu và xác định các khỏang cách cách điện chính của cuộn dây

- Tính toán sơ bộ MBA chọn quan hệ kích thước chủ yếu

- Xác định đường kính trụ, chiều cao dây quấn, tính tóan sơ bộ lõi sắt

3 Tính toán dây quấn CA và HA

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

5 Tính toán cuối cùng về hệ thống mạch từ và tham số không tải của máy MBA

- Xác định kích thước cụ thể của lõi sắt

- Xác định tổn hao không tải

- Xác định dòng điện không tải và hiệu suất

6 Tính toán nhiệt và hệ thống làm nguội MBA

- Quá trình truyền nhiệt trong MBA

- Khái niệm hệ thống làm nguội MBA

- Tiêu chuẩn về nhiệt độ chênh

- Tính toán nhiệt MBA

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

7 Tính toán và lựa chọn một số chi tiết kết cấu

Phần này có trình bày cách tính và chọn một số chi tiết kết cấu quan trọng như

bu lông ép gông, và một số đai ép, vách nắp đáy thùng, bình giãn nở dầu, bộ phận tản

GVHD: Th.S Vâ TiÕn Trung SVTH: NguyÔn Do·n Hng17

PHẦN II: THIẾT KẾ

Chương 1: Tính toán kích thước chủ yếu của máy biến áp.

Chương 2: Thiết kế mạch từ.

Chương 3: Tính toán dây quấn.

Chương 4: Tính toán tham số không tải.

Chương 5: Tính toán cuối cùng mạch từ.

Chương 6: Tính toán nhiệt máy biến áp.

Chương 7: Kết cấu máy biến áp.

PHẦN II: THIẾT KẾ

Nhiệm vụ thiết kế: Thiết kế máy biến áp điện lực ba pha ngâm dầu hai dây quấn công

suất 250KVA

Các số liệu ban đầu: - Dung lượng S = 250 KVA.

- Điện áp bên cao áp UCA = (22 2*2.5%) kV

- Điện áp bên hạ áp UHA = 400 V

- Tần số f =50 Hz

- Tổ nối dây Y/Y0-11

- Tổn hao không tải : P0 = 750 W

- Tổn hao ngắn mạch : Pn = 4000 W

- Điện áp ngắn mạch : un % = 5%

- Dòng điện không tải : i0 % = 1,5%

Máy biến áp để ngoài trời và làm việc liên tục

GVHD: Th.S Vâ TiÕn Trung SVTH: NguyÔn Do·n Hng19

CHƯƠNG 1 : TÍNH TOÁN CÁC KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU CỦA MÁY BIẾN ÁP.

1.1 XÁC ĐỊNH CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐIỆN CƠ BẢN CỦA MBA.

Dựa vào các số liệu ban đầu của nhiệm vụ thiết kế đã cho ta phải xác định các đạilượng điện cơ bản sau đây:

1 Dung lượng một pha:

Thay số S  250KVA ta được

33 , 83 3

U

400 3

10 250

84 , 360 1

22000 3

Đõy là yếu tố quan trọng để xỏc định khoảng cỏch, cỏch điện, giữa cỏc dõy quấn, cỏcthành phần điện dẫn khỏc Và cỏc bộ phận nối đất của MBA (tra bảng 2 trang 185.Sỏch: Thiết kế MBA điện lực - Tỏc giả: Phan Tử Thụ - Nhà Xuất Bản Khoa Học KỹThuật [1]).

Với dây quấn cao áp: U th2 35 [KV]

Với dây quấn hạ áp: U th1  5 [KV]

6 Hệ số quy đổi từ trờng tản lấy k r  0 , 95(hệ số Rogovski)

7 Các thành phần điện áp ngắn mạch:

% 6 , 1 250 10

4000

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ MẠCH TỪ

2.1 CHỌN TÔN SILIC

Lõi sắt là phần mạch từ của MBA, là phần dẫn từ thông chính của MBA Do đókhi thiết kế cần phải đảm bảo làm sao cho thỏa mãn những yêu cầu như, tổn hao sắtchính và phụ nhỏ, dòng điện không tải nhỏ, lượng tôn silic sử dụng làm sao cho ít nhất

và hệ số điền đầy của lõi sắt lớn Mặt khác lõi sắt còn làm khung mà trên đó gắn nhiều

bộ phận quan trọng của MBA như: Dây quấn, giá đỡ dây dẫn ra, đối với một số MBAcòn gắn cả nắp máy để có thể nâng cẩu toàn bộ lõi sắt ra khỏi vỏ khi sửa chữa Hơn thếnữa lõi sắt còn có thể chịu được những ứng lực cơ học lớn khi dây quấn bị ngắn mạch

Để các yêu cầu đối với mạch từ như trên được thoả mãn thì việc chọn loại tônsiclic như thế nào là rất quan trọng, với silic có độ dày bao nhiêu, thành phần silic baonhiêu là được Khi tôn silic có thành phần silic trong lá tôn cao quá thì lá tôn sẽ bị dòn,

độ đàn hồi kém đi

Ở đây ta chọn loại tôn cán lạnh là vì loại tôn này có ưu điểm vượt trội về khảnăng dẫn từ và giảm hao mòn so với tôn cán mỏng Tôn cán lạnh là loại tôn có vị trísắp xếp các tinh thể gần như không đổi và có tính dẫn từ không đẳng hướng, do đósuất tổn hao giảm 2 đến 2,5 lần so với tôn cán nóng Độ từ thẩm thay đổi rất ít theothời gian dùng tôn cán lạnh cho phép tăng cường độ từ cảm trong lõi thép lên tới (1,6 ÷1,65)T trong khi đó tôn cán nóng chỉ là (1,4 ÷ 1,45)T Từ đó giảm được tổn hao trongmáy, giảm được trọng lượng kích thước máy, đặc biệt là rút bớt được đáng kể chiềucao của MBA, rất thuận lợi cho việc chuyên chở Tuy nhiên giá thành tôn cán lạnh cóhơi cao nhưng do việc giảm được tổn hao và trọng lượng nên người ta tính rằng vẫnkinh tế hơn những loại MBA được chế tạo bởi tôn cán nóng Qua sự so sánh trên tôiquyết định dùng tôn cán lạnh độ dầy 0.35(mm) mã hiệu 3404 làm vật liệu chế tạoMBA

2.2 CẮT LÁ THÉP

Do ta sử dụng loại tôn cán lạnh mà do loại tôn cán lạnh có tính dẫn từ khôngđẳng hướng nên việc ghép nối giữa trụ và gông không thể thực hiện kiểu mối nối

vuông góc như tôn cán nóng được vì như vậy góc ghép nối 0 khá lớn làm tăng tổnhao sắt (hình 2.1a) mà ta phải dùng mối nối nghiêng hay là phải cắt vát lá tôn như(hình 2.2) khi đó góc   0 sẽ nhỏ đi và tổn hao sắt sẽ giảm đáng kể (hình 2.1b).

Huãng c¸n

Hình 2.1 Mối nối giữa gông và trụ

a Mối nối thẳng b Mối nối chéo

gông bằng xà ép, không dùng bulông xuyên qua trụ và gông Hệ số tăng cường gôngchọn bằng: k g  1 , 025(bảng 6 [Tài liệu 1])

Theo bảng 4 trang 186 [Tài liệu 1] ta chọn số bậc thang trong trụ là 6, có hệ số chêmkín là: k c  0 , 918 Số bậc thang của gông lấy nhỏ hơn trụ 1 bậc, tức gông có 5 bậc.Theo bảng 10 trang 189 [Tài liệu1] chọn hệ số lấp đầy k d  0 , 97

Như vậy hệ số lợi dụng của lõi sắt là:

89 , 0 918 , 0 97 , 0

Hình vẽ tiết diện trụ với số bậc thang trong trụ là 6

2 Từ cảm trong của gông

56 , 1 025 , 1

6 , 1

k

B

B [T] (2-2)

3 Suất tổn hao trong trụ và gông

Tra theo bảng 45 trang 216 [Tài liệu 1]

Suất tổn hao trong trụ và gông

295 , 1



t

p (W/Kg) tương ứng với B T  1 , 6T

207 , 1



g

p (W/Kg) tương ứng với B T  1 , 56T

4 Suất từ hóa trong trụ, gông và khe hở không khí:

Tra theo bảng 50 trang 220 [Tài liệu 1] ta có

775 , 1



t

q [VA/Kg ] tương ứng vớiB T  1 , 6 T

575 , 1

5 Khoảng cách cách điện chính:

C : Khoảng cách cách giữa 2 trụ cạnh nhau

d : Đường kính đường tròn ngoại tiếp tiết diện ngang của trụ

a : Khoảng cách cách điện giữa 2 cuộn CA

l: Chiều cao dây quấn

Điện áp thử bên cao áp là U th2  35 [KV]

Điện áp thử bên hạ áp là U th2  5 [KV]

Theo bảng 18,19 trang 193 [Tài liệu 1] ta xác định các khoảng cách cách điện chính:

- Giữa cuộn HA với trụ: a01  0 , 5[cm]

- Giữa cuộn HA với cuộn CA: a12  0 , 9[cm]

- Ống cách điện giữa CA và HA: 12  0 , 3[cm]

- Dây quấn CA đến gông: l01l02  3 [cm]

- Phần đầu thừa của ống cách điện: l d2  1 , 5 [cm]

- Khoảng cách cách điện giữa 2 cuộn CA: a22  1[cm]

6 Các hằng số tính toán

+ Tra bảng 12, 13 trang 191 [Tài liệu 1] ta được:

Trị số hướng dẫn đối với dây đồng : a = 1,36

Trị số hướng dẫn đối với MBA dầu: b = 0,4

+ Hệ số k f  0 , 95 (tra bảng 15 trang 191 [Tài liệu 1])

2 2

'

16

ld T nx

r r

k B u f

k a S

a a a

96 , 1 33 , 83 65 , 0 10

2

4 ' 2

a

5)

0,9 1,96 2,86

3

2 1

95,0.96,2.33,83.16

2 2 4

2 2

r r

k B u f

k a S A

12 , 255 89

, 0 5 , 15 36 , 1 10 66 , 5

10 66 ,

0 2 2

(2-7)

177 ) 411 , 0 4 , 0 36 , 1 (

5 , 15 025 , 1 89 , 0 10 4 , 2 ) (

10 4 ,

99 , 9 ) 1 9 , 0 (

5 , 15 025 , 1 89 , 0 10 4 , 2 ) (

10 4 ,

22 12 2 2

6 , 153 5

, 15 6 , 1 6 , 1 89 , 0 95 , 0

36 , 1 250

10 46 , 2

.

.

2 2

2 2 2

2

A u B k k

a S K

C

r t ld f

A a

P k k k

r f n

10 2453 ,

Trong đó: k r  0 , 95 là hệ số Rogovski

8,37)1

.(

5

100.41,1)1

(

100.41,

6 , 1

u

n

u u

n

5 , 15 36 , 1

4000

95 , 0 95 , 0 8 , 37 10 2453 , 0 10 2453 ,

P k k k

r f n

[MPa]

124 , 0 177

99 , 9 09 , 23 3

2

3

2

1

2 2

Tỷ lệ giữa giá dây đồng PBV và thép 3404 là k Fe.Cu  2 , 21 (theo thời giá)

48 , 0 177 3

12 , 255

6 , 153 2

3

2

1

Tìm giá trị cực tiểu của đẳng thức trên được trị số cực tiểu của  1,82

ứng với mật độ dòng điện J và lực điện động cho phép, tìm ra khoảng cách hạn chế của



Theo (13-30) [Tài liệu 2] có:

4 , 1 4000 95 , 0

6 , 153 4 , 2 5 , 4

4 , 2 5 ,



n f J

P k

7 Tính sơ bộ các đại lượng có liên quan:

- Trọng lượng tôn silic ở các góc của gông:

3

3

- Tiết diện trụ của lõi sắt:

Theo (13-29a) [Tài liệu 2] ta có

2 2

2 2

2 0 , 785 0 , 89 15 , 5 167 , 85

785 ,

(2-19)

- Tiết điện khe hở vuông góc:

GVHD: Th.S Vâ TiÕn Trung SVTH: NguyÔn Do·n Hng27

"

85 ,

' S 2 2 167 , 85 x 237 , 38 x

- Tổn hao không tải: theo (13-24) [Tài liệu 2] ta có:

G T

G T

G g T t

k ); p t, p gsuất tổn hao trong trụ và gông

- Công suất phản kháng (công suất từ hóa lõi thép trong MBA): Theo (13-26)

[Tài liệu 2] ta có:

) (

"

(2-23) Với "

g t

2 2

' 3 , 2 0 , 0956 167 , 85 51 , 34

2 ,

(2-26)

)

34 , 51

71

575 ,

1

775 ,

1 ( 25 , 1 )

(2-BẢNG TÍNH TOÁN MBA S = 250KVA (22/0,4KV)

2 2

2 x 23 , 09 x

2 2

1 x 177 x

2 2

2 x 9 , 99 x

2 3

2 2

1 /x 153 , 6 /x

C

dq dq

Cu Cu

Fe

Cu Fe

Cu dqFe Fe

A

d d

22 2 12

12 a 2 a a

d

Từ lập bảng ta thấy rằng giá thành thấp nhất ở trong khoảmg 1 , 8    2 , 4

tương ứng với đường kính lõi sắt d  17 , 98 [cm] và d  19 , 30 [cm] trong khoảng ấy các tham số đạt yêu cầu, chọn d  18[cm] (theo bảng 7 [tài liệu 1])

Từ   1 , 82 vừa tìm được ta suy ra :

- Tiết diện trụ của lõi sắt:

6 , 226 35 , 1 85 , 167

85 , 167 ,

, 1 / 6 , 153 /

6 , 153

66 , 1

4 , 2 / 4000 95 , 0

, 1 62 , 1

0  G T  G G 

- Giá thành vật liệu tác dụng :

75 , 959

21 , 2

- Chiều cao dây quấn: l   d12/   3 , 14 24 , 48 / 1 , 82  42 , 23 [cm] (2-38)

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN DÂY QUẤN MÁY BIẾN ÁP

3.1 CÁC YÊU CẦU CHUNG

3.1.1 Yêu cầu vận hành

a Yêu cầu về điện.

Khi vận hành thường dây quấn MBA có điện áp làm việc bình thường và quáđiện áp do đóng ngắt mạch trong lưới điện hay sét đánh gây nên Ảnh hưởng của quáđiện áp do đóng ngắt mạch với điện áp làm việc bình thường, thường chủ yếu là đốivới cách điện chính của MBA, tức là cách điện giữa các dây quấn với nhau và giữadây quấn với vỏ máy, còn quá điện áp do sét đánh lên đường dây thường ảnh hưởngđến cách điện dọc của MBA, tức là giữa các vòng dây, lớp dây hay giữa các bánh dâycủa trong dây quấn

b Yêu cầu về cơ học.

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

c Yêu cầu về nhiệt.

Khi vận hành bình thường cũng như trong trường hợp ngắn mạch, trong thờigian nhất định dây quấn không được có nhiệt độ quá cao vì lúc đó chất cách điện sẽ bịnóng mất tính đàn hồi, hóa giòn và mất tính chất cách điện Vì vậy khi thiết kế phảibảo đảm sao cho tuổi thọ của chất cách điện là 15 đến 20 năm

3.1.2 Yêu cầu về chế tạo.

Làm sao cho kết cấu đơn giản tốn ít nguyên vật liệu và nhân công, thời gian chếtạo ngắn, giá thành hạ và phải đảm bảo về mặt vận hành Như vậy yêu cầu đối với thiết

+ Phải chú ý đến kết cấu chế tạo dây quấn sao cho thích hợp với trình độ kỹthuật của xưởng sản xuất.

+ Phải nắm vững những lí luận có liên quan đến dây quấn CA, vật liệu cáchđiện

Quá trình thiết kế của dây quấn có thể tiến hành theo 3 bước

+ Chọn kiểu và kết cấu dây quấn

+ Tính toán sắp xếp và bố trí dây quấn

+ Tính toán tính năng của MBA

3.2 TÍNH TOÁN DÂY QUẤN HẠ ÁP.

Trong trường hợp MBA này là loại 2 dây quấn, cuộn HA quấn trong, cuộn CAquấn ngoài, như vậy ta sẽ tính toán cuộn dây HA trước, sau đó tính đến cuộn dây CA

1 Điện áp một vòng dây

4

10 44 ,

05 , 8 4000 95 , 0 746 , 0

746 , 0

U P

k n v f

(3-3)

48 , 24

12 

d [cm]: Đường kính trung bình của rãnh dầu sơ bộ

Trị số tb là tị số gần đúng cho các dây quấn CA và HA trị số tbthực tế trongcác dây quấn phải làm sao cho gần sát với trị số này Sai số cho phép không vượt quá0,1tb tức là: 0,1.3,72 = 0,372 (A/mm2)

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

348 , 3 372 0 72 ,



Ta tính lại mật độ từ cảm

6,110.6,226.50.44,4

05,810

44,

T

v T

S f

f

348 , 3



tb [A/mm2]

Ta được

8 , 107 348

, 3

84 , 360

Chọn kết cấu dây quấn HA

Theo bảng 38 [tài liệu 1] với S  250 [KVA]

84 , 360

28n

23 , 42 1 11



5 , 4 ) 2 12 /(

8 ,

.

2

' '.





b a

b a

8 Mật độ dòng diện thực của dây quấn hạ áp

34 , 3 108

84 , 360 1