Thiết kế động máy biến áp ba pha

Vấn đề của chúng ta là đã sản xuất ra được điện năng và làm thế nào cung cấp điện năngcho các phụ tải điện được hiệu quả, tin cậy, vì vậy thiết kế máy biến áp ba pha có mộtý nghĩa to lớ

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

LỜI NÓI ĐẦU 3

1 1 Vài nét khái niệm về máy biến áp 5

1.1.1 Khái niệm chung 5

1 2 Định nghĩa về máy biến áp 6 1 3 Các lượng định mức 7 1.3.1 Điện áp định mức 7

1.3.3 Công suất định mức 8

1 4 Công dụng của máy biến áp 8 1 5 Cấu tạo của máy biến áp 9 1.5.1 Lõi sắt máy biến áp 9

1.5.1.1 Lõi sắt kiểu trụ 9

1.5.1.2 Lõi sắt kiểu bọc 10

1.5.1.3 Lõi sắt kiểu trụ 11

1.5.2 Dây quấn máy biến áp 13

1.5.3 Vỏ máy biến áp 13

1.5.3.1 Thùng máy biến áp 13

1.5.3.2 Nắp thùng máy biến áp 14

1.6 Nguyên lý làm việc của máy biến áp 15 1.7 Tiêu chuẩn hóa trong việc chế tạo máy biến áp điện lực 16 1.8 Mục đích yêu cầu và nhiệm vụ 17 1.8.1 Xác định các đại lượng cơ bản 17

1.8.2 Tính toán các kích thước chủ yếu 17

1.8.3 Tính toán dây quấn CA và HA 18

1.8.4 Tính toán ngắn mạch 18

1.8.5 Tính toán hệ thống mạch từ và tham số không tải của máy biến áp 18

1.8.6 Tính toán nhiệt và hệ thống làm nguội máy biến áp 18

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU CỦA MBA 19

2 1 Xác định các đại lượng cơ bản 19

2 1 Chọn số liệu xuất phát và tính các kích thước chủ yếu20

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN DÂY QUẤN CỦA MÁY BIẾN ÁP 25

3 1 Tính toán dây quấn hạ áp 25

3 2 Tính toán dây quấn cao áp 27

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN CÁC THAM SỐ NGẮN MẠCH 31

4 1 Tổn hao31

4 2 Điện áp ngắn mạch 32

4.3 Tính toán cơ lực học khi ngắn mạch 33

4.4 Tính toán cuối cùng về hệ thống mạch từ 34

4.5 Tính toán các tham số không tải 36

5 1 Tính toán nhiệt độ của dây quấn 40

5 2 Tính toán nhiệt thùng dầu 42

CHƯƠNG 6: TÍNH TOÁN CUỐI CÙNG VỀ NHIỆT ĐỘ CHÊNH CỦA DÂY QUẤN MÁY BIẾN ÁP VÀ CHỈ TIÊU KINH TẾ MÁY 47

6 1 Tính toán cuối cùng về nhiệt độ chênh của dây quấn MBA 47

6 2 Chỉ tiêu kinh tế máy 48

KẾT LUẬN 50

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, nền kinh tế nước ta đang phát triển mạnh mẽ, đời sống nhân dâncũng nâng cao nhanh chóng Nhu cầu điện năng trong các lĩnh vực công nghiệp, nôngnghiệp, dịch vụ và sinh hoạt tăng trưởng không ngừng Một lực lượng đông đảo cáccán bộ trong và ngoài ngành điện lực đang tham gia thiết kế, lắp đặt các công trình cấpđiện

Đã có nhiều nhà máy xí nghiệp có công nghệ cao và hiện đại, vì vậy cần phải

có một hệ thống điện ổn định, có chất lượng cao mới đáp ứng như cầu sản xuất đờisống Để đảm bảo được điều đó thì phải nâng cao chất lượng truyền tải điện Muốnlàm được điều này chúng ta cần phải cải thiện và đổi mới các thiết bị kỹ thuật truyềntải điện Máy biến áp ba pha là một bộ phận rất quan trọng trong hệ thống điện Ngoài

ra, người thiết kế còn phải có sự hiểu biết nhất định về xã hội, về môi trường, về cácđối tượng cấp điện Công trình dư thừa sẽ gây lãng phí nguyên vật liệu và làm ứ đọngvốn vật tư

Điện năng là dạng năng lượng phổ biến và có tầm quan trọng không thể thiếuđược trong bất kỳ một lĩnh vực nào của nền kinh tế quốc dân của mỗi đất nước Vấn

đề của chúng ta là đã sản xuất ra được điện năng và làm thế nào cung cấp điện năngcho các phụ tải điện được hiệu quả, tin cậy, vì vậy thiết kế máy biến áp ba pha có mộtý nghĩa to lớn đối với nền kinh tế quốc dân

Một phương án thiết kế hợp lý là phải kết hợp một cách hài hòa các yêu cầu vềkinh tế độ tin cậy về độ an toàn đồng thời phải đảm bảo tính liên tục của máy biến áptiện lợi cho việc vận hành và sửa chữa khi hỏng hóc và phải đảm bảo chất lượng điệnnăng nằm trong phạm vi cho phép

Ngày nay nhờ áp dụng được các tiến bộ khoa học chúng ta đã từng bước cảitiến và chế tạo được máy biến áp ba pha đáp ứng được nhu cầu sản xuất khác nhau đểtránh được tổn hao điện năng khi truyền tải cũng như giảm diện năng phù hợp với hộtiêu thụ Máy biến áp ba pha là loại máy được sử dụng rất phổ biến hiện nay do những

ưu điểm vượt trội mà máy này có được Nhờ đó mà máy biến áp ba pha ngày càngđược sử dụng rộng rãi hơn và không ngường được cải tiến sao cho phục vụ nhu cầucủa người sử dụng được tốt nhất Chính vì sự quan trọng và cần thiết của máy biến áp

ba pha, nên nhóm em đã chọn đề tài thiết kế động máy biến áp ba pha để làm đồ ánmôn học.

Thiết kế động máy biến áp ba pha là đề tài nhóm em đã chọn để hoàn thành đồ

án môn học của mình

Hình 1.0: Hình ảnh về máy biến áp ba pha

Thiết kế động máy biến áp ba pha đã giúp nhóm em thiết kế đồ án môn họcnày Trong thời gian làm bài với sự cố gắng của cả nhóm đồng thời với sự giúp đỡ củathầy Nguyễn Ngọc Khánh Chúng em đã hoàn thành tốt đồ án môn học này của mìnhsong do thời gian làm bài không nhiều, kiến thức còn hạn chế nên bài làm của nhóm

em không tránh khỏi những sai xót Do vậy, Nhóm em rất kính mong nhận được sựgóp ý, chỉ bảo của quý thầy cô và các bạn trong lớp để nhóm em hoàn thiện đồ án tốthơn

Nhóm em xin trân trọng gửi lời cảm ơn tới thầy giáo Nguyễn Ngọc Khánh đãtận tình hướng dẫn, chỉ bảo nhóm em trong suốt quá trình làm đồ án

Hà Nội ngày 15/09/2014

Sinh viên thực hiện:

Nguyễn Đình Thự Đặng Quang Hùng

Đào Ngọc Văn CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY BIẾN ÁP

1 1 Vài nét khái niệm về máy biến áp

1.1.1 Khái niệm chung

* Ý nghĩa của máy biến áp

Máy biến áp có ý nghĩa lớn về mặt kinh tế và kỹ thuật Nó ảnh hưởng trực tiếp đếnviệc thiết kế cũng như vận hành quản lý trạm biến áp Số lượng máy biến áp chọn saocho phải đảm bảo theo sát yêu cầu thiết kế, số máy không quá lớn và quá nhỏ Sốlượng máy nhỏ công suất truyền tải điện năng nhỏ nhưng mức độ đảm bảo an toàntrong việc truyền tải sẽ kém Trong trường hợp số máy lớn việc công suất truyền tải

sẽ được đảm bảo nhưng việc quản lý sẽ phức tạp hơn, công suất truyền tải cũng lớnhơn

Để dẫn điện từ các trạm phát điện đến hộ tiêu thụ cần phải có đường dây truyền tảiđiện (Hình 1.1) Nếu khoảng cách giữa nơi sản xuất điện và nơi tiêu thụ điện lớn,một vấn đề rất lớn đặt ra và cần được giải quyết là việc truyền tải điện năng đi xalàm sao cho kinh tế nhất và đảm bảo được các chỉ tiêu kĩ thuật

Hình 1.1:Sơ đồ mạng điện truyền tải đơn giản

Như ta chúng đã biết, cùng một công suất truyền tải trên đường dây, nếuđiện áp được tăng cao thì dòng điện chạy trên đường dây sẽ giảm xuống, như vậy

có thể làm tiết diện dây nhỏ đi, do đó trọng lượng và chi phí dây dẫn sẽ giảmxuống, đồng thời tổn hao năng lượng trên đường dây cũng sẽ giảm xuống Vì thế,muốn truyền tải công suất lớn đi xa, ít tổn hao và tiết kiệm kim loại mầu trênđường dây người ta phải dùng điện áp cao, dẫn điện bằng các đường dây caothế, thường là 35kV, 110kV, 220kV và 500kV Trên thực tế, các máy phát điện

thường không phát ra những điện áp như vậy vì lí do an toàn, mà chỉ phát ra điện

áp từ 3 đến 21kV, do đó phải có thiết bị để tăng điện áp đầu đường dây lên Mặtkhác các hộ tiêu thụ thường chỉ sử dụng điện áp thấp từ 127V, 500V hay cùnglắm đến 6kV nên trước khi sử dung điện năng ở đây cần phải có thiết bị giảmđiện áp xuống Những thiết bị dùng để tăng điện áp ra của máy phát điện tức đầuđường 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 nhà máyđiện 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 chỉ làm nhiệm vụ truyền tải hoặc phân phối năng lượng chứ không chuyểnhóa năng lượng

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 đểgiảm trọng 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 naychúng ta đã sản xuất được những MBA có dung lượng 63000kVA với điện áp110kV

1 2 Định nghĩa về máy biến áp

Máy biến áp là một thiết bị điện từ đứng yên, làm việc dựa trên nguyên lí cảmứng điện từ, biến đổi một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp này thành một hệthống dòng điện xoay chiều ở điện áp khác, với tần số không thay đổi

Hình 1.2 Ký 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) Khi điện áp đầu ra TC lớn hơn điện

áp vào SC ta có MBA tăng áp Khi điện áp đầu ra TC nhỏ hơn điện áp vào SC ta

có MBA hạ áp

* 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

+ W1 : Số vòng dây cuộn sơ cấp

* Các đại lượng và thông số của đầu thứ cấp:

là điện áp dây Đơn vị của điện áp ghi trên nhãn máy thường là kV

1.3.2 Dòng điện định mức

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 1.3.3 Công suất định mức

Công suất định mức của MBA là công suất biểu kiến định mức Công suất địnhmức kí hiệu là Sđm ,đơn vị là VA,KVA

Đối với MBA 1 pha công suất định mức là :

S đm =U2đm.I2 đm =U1 đm.I1 đm

Đối với MBA 3 pha công suất định mức là :

S đm = 3 U2 đm.I2 đm = 3 U1 đm.I1 đm

1 4 Công dụng của máy biến áp

MBA đã và đang được sử dụng rộng rãi trong đời sống, phục vụ chúng ta trongviệc sử dụng điện năng vào các 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 nghiêm

+ 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 tâm tiêu thụ điện (Các khu công nghiệp và các hộ tiêu thụ) vì thế cần phải xâydựng các hệ thống truyền tải điện năng

Điện áp do nhà máy phát ra thường là 6.3kV, 10.5kV, 15.75kV, 3 8.5kV Để nângcao khả năng truyền tải và giảm tổn hao công suất trên đường dây phải giảm dòngđiện chạy trên đường dây ,bằng cách nâng cao điện áp truyền ,vì vậy ở đầu đường dây

MBA hạ áp để cung cấp điện cho nơi tiêu thụ , thường là 127V đến 500V và các động

cơ công suất lớn thường là 3 đến 6kV

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 có các bộphận 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 từ nhữngvật liệu dẫn từ tốt như thép lá kĩ thuật điện Ngày nay loại tôn cán lạnh được sử dụngchủ yếu trong công nghệ chế tạo lõi sắt, do tôn cán lạnh là loại tôn có vị trí sắp xếpcác tinh thể gần như không đổi và có tính dẫn từ định hướng, do đó suất tổn hao giảm

2 đến 2,5 lần so với tôn cán nóng Độ từ thẩm thay đổi rất ít theo thời gian, dùng tôncán 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 1,45T từ đó giảm được tổn haotrong máy, dẫn đến giảm được trọng lượng kích thước máy, đặc biệt là rút bớt đáng

kể chiều cao của MBA, rất thuận tiện cho việc chuyên trở Tuy nhiên tôn cán lạnh giáthành có đắt hơn, nhưng do việc giảm được tổn hao và trọng lượng máy nên người tatính rằng những MBA được chế tạo bằng loại tôn này trong vận hành vẫn kinh tế hơnMBA 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

+ Gông là phần khép kín mạch từ giữa

các trụ

+ Trụ và gông tạo thành mạch từ khép kín

Lá thép kĩ thuật điện được sử dụng thường có độ dày từ(0,30 tới 0,5)mm hai

mặt được sơn cách điện Trong MBA dầu thì toàn bộ lõi sắt và dây quấn đều

được ngâm trong dầu biến áp

Theo sự phân bố sắp xếp tương đối giữa trụ gông và dây quấn mà ta có các

loại lõi sắt như sau :

1.5.1.1 Lõi sắt kiểu trụ

Dây quấn ôm lấy trụ sắt, gông từ chỉ giáp phía trên và phía dưới dây quấn màkhông bao lấy mặt ngoài của dây quấn, trụ sắt thường bố trí đứng, tiết diện trụ códạng gần hình tròn, kết cấu này đơn giản, làm việc bảo đảm, dùng ít vật liệu, vìvậy hiện nay hầu hết các MBA điện lực đều sử dụng kiểu lõi sắt này

H×nh 1.4 KÕt cÊu m¹ch tõ kiÓu bäc

a Mét pha ; b Ba pha ; 1.5.1.3 Lõi sắt kiểu trụ

Là kiểu lõi sắt có sự liên hệ giữa kiểu trụ và kiểu bọc Kiểu này hay dùng trongcác MBA một pha hay ba pha với công suất lớn (hơn 100000KVA /1 pha)và đểgiảm 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 gông vàonhau 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

hở không khí giữa trụ và gông lớn nên tổn hao và dòng điện không tải lớn, vì thế màkiểu này 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 vớiống bakelit 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 cóthể 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 sắt thường

làm thành hình bậc thang gần tròn

Gông từ vì không quấn dây do đó để thuận tiện cho việc chế tạo tiết diện ngangcủa gông có thể làm đơn giản, hình vuông hình chữ nhật hay chữ T Tuy nhiên hiệnnay hầu hết các MBA điện lực người ta hay dùng tiết diện gông hình bậc thang có sốbậc gần bằng số bậc của tiết diện trụ

1.5.2 Dây quấn máy biến áp

Dây quấn là bộ phận dẫn điện của MBA, làm nhiệm vụ thu năng lượng vào vàtruyền 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 vòng dây,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 khi còn cócuộn trung áp (TA) Theo cách sắp xếp dây quấn CA và HA , người ta chia ra hailoại dây quấn chính đó là : Dây quấn đồng tâm và dây quấn xen kẽ

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 độ chênh vượt quá qui định thì sẽ làm giảm tuổi thọ cách điện

và có thể gây sự cố đối với MBA

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 phậnbên trong MBA sang dầu rồi từ dầu qua vách thùng và truyền ra môi trường xungquanh

Lớp dầu sát vách thùng nguội dần sẽ chuyển dần xuống phía dưới và lại tiếp tục

làm nguội một cách tuần hòan các bộ phận bên trong MBA Mặt khác dầu MBAcòn làm nhiệm 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

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,phải duy trì dầu ở một mức nhất định

Dầu trong thùng MBA thông qua bình giãn dầu giãn nở tự do Ống chỉ mức dầuđặt 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,một đầu bịt bằng một đĩa thủy tinh Nếu vì lí do nào đó mà áp suất dầu trong thùngcao quá mức cho phép thì đĩa thủy tinh sẽ vỡ để dầu thoát ra lối đó tránh hư hỏngMBA

* Chú ý ống bảo hiểm đầu đặt đĩa thủy tinh quay về phía ít người qua lại haynhững vị trí ít nguy hiểm nhất

1.6 Nguyên lý làm việc 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

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

Hình 1.6: Sơ đồ máy biến áp 1 pha 2 dây quấn

Đây là sơ đồ MBA 1 pha 2 dây quấn, máy gồm có 2 cuộn dây Cuộn sơ cấp có W1vòng dây và có cuộn thứ cấp có W2 vòng dây được quấn trên lõi thép

Khi đặt một điện áp xoay chiều v1 vào dây cuốn sơ cấp trong đó sẽ có dòng điện

i1 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 radòng điện i2 đưa ra tải với điện áp là u2

Giả thiết 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

+ sin=m sin t

Do đó theo định luật cảm ứng điện từ, sức điện động cảm ứng trong các dây quấn sơcấp và thứ cấp là:

Là giá trị hiệu dụng của các sức điện động của cuộn sơ cấp và thứ cấp Nếu không

kể điện áp rơi trên các dây quấn thì có thể coi :

+ U1 E1, U2E2

1.7 Tiêu chuẩn hóa trong việc chế tạo máy biến áp điện lực

MBA điện lực được chế tạo với tính năng được qui định theo tiêu chuẩn nhà nướcnhư 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 -40o C Trongtrường hợp này biến áp được làm nguội bằng nước thì nhiệt độ nước đầu vào khôngvượt 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;1 0.000 KVA Nếu là MBA một pha thìcông suất lấy bằng 1/3 số liệu tâm

+ Về điện áp có các mức sau: 0,22kV, 0,38kV, 3,6kV, 10kV, 22kV, 35kV, 110kV,220kV, 500kV Tiêu chuẩn cũng có qui định ký hiệu về cách đấu nối với góc lệchpha trong MBA 3 pha như sau:

Kiểu nối sao, tam giác hoặc zic-zac các dây pha của MBA 3 pha và được đánh dấubằng các chũ Y, D và Z cho các cuộn dây cao áp và y, d,z cho các cộn 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 [2]

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 với điện

áp dây so cấp thường được chỉ thị bằng chỉ số của đồng hồ giờ , trong đó vectơ điẹn

áp sơ cấp luôn chỉ số 12 trên mặt đồng hồ tượng trưng cho kim phút Vectơ điện ápthứ cấp sẽ lệh 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 it thời gian, việc tính toán MBA sẽ lần lượt tiếnhành theo trình tự như sau:

1.8.1 Xác định các đại lượng cơ bản

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

• Xác định điện áp thử của các dây quấn

• Xác định các thành phần của điện áp ngắn mạnh

1.8.2 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 theo đại số io, Po,

m, Pn đã cho

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

1.8.3 Tính toán dây quấn CA và HA

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

1.8.6 Tính toán nhiệt và hệ thống

làm nguội máy biến áp

• Tính toán nhiệt MBA

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU CỦA MBA

2 1 Xác định các đại lượng cơ bản

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

-Dung lượng một pha:

3

500

KVA m

10 500

10 500

- Dây quấn CA: Ut2=55(KV)

- Dây quấn HA: Ut1=5(KV)

2 1 Chọn số liệu xuất phát và tính các kích thước chủ yếu

Chiều rộng qui của rãnh từ tản giữa dây quấn cao áp và hạ áp:

Với Ut1=55kV theo bảng ta có: a12=20mm,12  5mm Trong rãnh a12 đặt ống cách điện dày 12  5mm.

500 10

7000

hạ áp, ép gông bằng xà ép, bằng bulong đặt phía ngoài gông Sử dụng lõi thép có

4 mối ghép xiên ở mỗi góc của lõi, còn 3 mối ghép giữa dùng mối ghép thẳng lá tôn.

Tra bảng và theo bảng 5 ta ta chọn số bậc thăng trong trụ là 7; số bậc thang của gông là 5 bậc; hệ số chêm kín kc=0,922, hệ số điền đầy rãnh kđ=0,96(Bảng 4 và bảng 10) Hệ số lợi dụng lõi sắt: kld=kc.kd=0,922.0.96=0,89.

Tra bảng 45 và 50 ta có:

Mối nối thẳng: B”k=Bt=1,58T.

Mối nối xiên: B’k=Bt/ 2=1,58/ 2=1,117T

Nối thẳng: P”k=18000VA/m2

Nối xiên : P’k=2500VA/m2

 Suất tổn hao sắt ở trụ và gông: Pt=1,112W/kg; Pg=1,039W/kg.

Các hằng số tính toán a,b gần đúng có thể lấy:

Hệ số tổn hao phụ: Với công suất 500kva ta chọn Kf=0,94.

Để xác định  chính xác hơn ta phải tính các số liệu và các đặc tính cơ bản của MBA.

89 , 0 58 , 1 75 , 3 50

95 , 0 04 , 0 67 , 166 507 , 0

.

'.

ld t nx

r r k B u f

k a S

.

A u k

k

a S

nr T

f  = 2,46.10-2= 182,7=(kg)

e = 0,41 đối với thang nhiều bậc

- Trọng lượng tôn silic ở góc các gông :

G’= 0,468.104.kG.k1.A3.x3 = 0,468.104.1,02.0,9.0,3623.x3 = 203,8x3 (kg)

- Tiết diện trụ lõi sắt :

TT= 0,785.k1.A2.x2= 0,785.0,9.0,3622.x2=0,09x2

Tiết diện khe hở vuông góc: TT=Tk=0,09x2

Tổn hao không tải:

P0 = k'f(pT.GT + pG.GG) = 1,25(1,295GT + 1,229GG) = 1,6187GT + 1,5362GG

k'f là hệ số tổn hao phụ trong sắt, tôn cán nguội, lấy k'f = 1,25

Công suất từ hóa:

áp khi β nằm trong khoảng từ 2,4 ≥ β ≥1,2 Khi đó đường kính trụ nằm trong khoảng

từ 0,21 đến 0,25m Căn cứ vào đường kính lõi sắt tiêu chuẩn ta chọn giá trị ddm = 0,21



= 0,9

4

21 , 0 14 ,

10 5