do an thiet ke bien ap dien luc 3 pha

Phần I: Tổng quan về máy biến áp 1.1 Vài nét khái quát về máy biến ápĐể dẫn điện từ các trạm phát điện đến hộ tiêu thụ cần phải có đờng dây tải điện Hình 1.1 Nếu khoảng cách giữa nơi sản

Vì lí do đó mà máy biến áp điện lực (MBAĐL) là một bộ phận rất quan trọng trong hệ thống điện MBAĐL ngâm dầu là loại máy đợc sử dụng rất phổ biến hiện nay do những u điểm vợt trội của loại máy này có đ-

ợc Nhờ đó mà MBAĐL ngâm dầu ngày càng dợc sử dụng rộng rãi hơn và không ngừng đợc cải tiến sao cho phục vụ nhu cầu của ngời sử dụng đơc tốt nhất

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

và sự hớng dẫn tận tình của thầy giáo Nguyễn Đức Sỹ ,mà tôi đã làm nên bài thiết kế tốt nghiệp này

NhiÖm vô thiÕt kÕ tèt nghiÖp cña t«i lµ:

thiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p ®iÖn lùc ba pha ng©m dÇu Bµi thiÕt kÕ tèt nghiÖp cña t«i gåm 2 phÇn:

 PhÇn 1 : Tæng quan vÒ m¸y biÕn ¸p.

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 đờng dây tải điện (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 đợc giải quyết là việc truyền tải điện năng đi xa làm sao cho kinh tế nhất và đảm bảo đợc các chỉ tiêu kĩ thuật

Hình 1.1 Sơ đồ mạng truyền tải điện đơn giản

Nh ta đã biết, cùng một công suất truyền tải trên đờng dây, nếu điện

áp đợc tăng cao thì dòng điện chạy trên đờng dây sẽ giảm xuống, nh vậy

có thể làm tiết diện dây nhỏ đi, do đó trọng lợng và chi phí dây dẫn sẽ giảm xuống, đồng thời tổn hao năng lợng trên đờng dây cũng sẽ giảm xuống Vì thế, muốn truyền tải công suất lớn đi xa, ít tổn hao và tiết kiệm kim loại mầu trên đờng dây ngời ta phải dùng điện áp cao,dẫn điện bằng các đờng dây cao thế, thờng là 35,110,220 và 500 KV Trên thực tế, các

Máy phát điện

Máy biến áp tăng áp

Đường dây tải

Máy biến áp giảm áp

Hộ tiêu thụ

máy phát điện thờng không phát ra những điện áp nh 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 đờng dây lên Mặt khác các hộ tiêu thụ thờng chỉ sử dụng điện áp thấp từ 127V, 500V hay cùng lắm đến 6KV, do đó trớc khi sử dung điện năng ở đây cần phải có thiết bị giảm điện áp xuống Những thiết bị dùng

để tăng điện áp ra của máy phát điện tức đầu đờng dây dẫn và những thiết

bị giảm điện áp trớc khi đến hộ tiêu thụ gọi là các máy biến áp (MBA).Thực ra trong hệ thống điện lực, muốn truyền tải và phân phối công suất từ nhà máy điện đến tận các hộ tiêu thụ một cách hợp lí, thờng phải qua ba, bốn lần tăng và giảm điện áp nh vậy Do đó tổng công suất của các MBA trong hệ thống điện lực thờng gấp ba, bốn lần công suất của trạm phát điện Những MBA dùng trong hệ thống 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 lợng chứ không chuyển hóa năng lợng.Ngày nay khuynh hớng phát triển của MBA điện lực là thiết kế chế tạo những MBA có dung lợng thật lớn, điện áp thật cao, dùng nguyên liệu mới chế tạo để giảm trọng lợng và kích thớc máy

Nớc ta hiện nay ngành chế tạo MBA đã thực sự có một chỗ đứng trong việc đáp ứng phục vụ cho công cuộc công nghiệp hiện đại hóa nớc nhà Hiện nay chúng ta đã sản xuất đợc những MBA có dung lợng 63000KVA với điện áp 110KV

1.2 Định nghĩa máy biến áp

Máy biến áp là một thiết bị điện từ đứng yên, làm việc dựa trên nguyên lí cảm 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 một MBA đơn giản nh hình 1.2

Hình 1.2 Kí hiệu MBA

Đầu vào của MBA đợc nối với nguồn điện ,đợc gọi là sơ cấp (SC).Đầu

ra của MBA đợc 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 lợng 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 lợng và thông số của đầu thứ cấp

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

+ W2 : Số vòng dây cuộn thứ cấp

1.3 Các l ợng định mức

Các lợng định mức của MBA do mỗi nhà chế tạo qui định sao cho phù hợp với từng loại máy

Có 3 đại lợng định mức cơ bản của MBA

là điện áp pha ,với MBA 3 pha là điện áp dây Đơn vị của điện áp ghi trên nhãn máy thờng là KV

b 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 định mức là dòng điện pha Đối với MBA 3 pha dòng điện

Sđm= 3.U2đm.I2đm= 3.U1đm.I1đm.

1.4 Công dụng của MBA

MBA đã và đang đợc sử dụng rộng rãi trong đời sống ,phục vụ chúng ta trong việc sử dụng điện năng vào các mục đích khác nhau nh + 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 lờng (Máy biến dòng ,Máy biến điện áp )…+ Máy biến áp thử nghiêm

+ Và đặc biệt quan trọng là MBA điện lực đợc 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 th-ờng ở xa các trung tâm tiêu 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 thờng là : 6.3;10.5;15.75;38.5 KV.Để nâng cao khả năng truyền tải và giảm tổn hao công suất trên đờng dây phải giảm dòng điện chạy trên đờng dây ,bằng cách nâng cao điện áp truyền ,vì vậy ở đầu đờng dây cần lắp đặt MBA tăng áp 110 KV ;

220KV ;500 KV v v.và ở cuối đờng dây cần đặt MBA hạ áp để cung

cấp điện cho nơi tiêu thụ ,thờng là 127V đến 500V và các động cơ công suất lớn thờng 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 bộ phận khác nh 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, đợc chế tạo từ những vật liệu dẫn từ tốt nh thép lá kĩ thuật điện Ngày nay loại tôn cán lạnh

đợc sử dụng chủ yếu trong công nghệ chế tạo lõi sắt, do tôn cán lạnh là loại tôn có vị trí sắp xếp các tinh thể gần nh không đổi và có tính dẫn từ định h-ớng, 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 tôn cán lạnh cho phép tăng cờng độ từ cảm trong lõi sắt lên tới 1,6 đến 1,65 T (Tesla), trong khi đó tôn cán nóng chỉ tăng đợc từ 1,3 đến 1,45T từ đó giảm đợc tổn hao trong máy, dẫn đến giảm

đợc trọng lợng kích thớc máy, đặc biệt là rút bớt đáng kể chiều cao của

MBA, rất thuận tiện cho việc chuyên trở Tuy nhiên tôn cán lạnh giá thành

có đắt hơn, nhng do việc giảm đợc tổn hao và trọng lợng máy nên ngời ta tính rằng những MBA đợc chế tạo bằng loại tôn này trong vận hành vẫn kinh

tế hơn MBA đợc làm bằng tôn cán nóng

Hiện nay ở các nớc, tất cả các MBA điện lực đều đợc thiết kế bởi tôn các lạnh, (nh 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 dới dây quấn mà không bao lấy mặt ngoài của dây quấn, trụ sắt thờng bố trí đứng, tiết diện trụ có dạng gần hình tròn, kết cấu này đơn giản, làm việc bảo đảm, dùng ít vật liệu, vì vậy hiện nay hầu hết các MBA điện lực đều sử dụng kiểu lõi sắt này(Hình 1.3)

Hình 1.3: Kết cấu mạch từ kiểu trụ

a Một pha; b Ba pha;

b.Lõi sắt kiểu bọc:

Kiểu này gông từ không những bao lấy phần trên và phần dới dây quấn

mà còn bao cả mặt bên của dây quấn Lõi sắt nh bọc lấy dây quấn, trụ thờng

để nằm ngang, tiết diện trụ có dạng hình chữ nhật MBA loại này có u điểm

là không cao nên vận chuyển dễ dàng, giảm đợc chiều dài của dây dẫn từ dây quấn đến sứ ra, chống sét tốt vì dùng dây quấn sen kẽ nên điện dung dây quấn Cdq lớn, điện dung đối với đất Cđ nhỏ nên sự phân bố điện áp sét trên dây quấn đều hơn nhng kiểu lõi sắt này có nhợc điểm là chế tạo phức tạp cả lõi sắt và dây quấn, các lá thép kĩ thuật điện nhiều loại kích thớc khác nhau khi dây quấn quấn thành ống tiết diện tròn, trong trờng hợp dây quấn quấn thành ống chữ nhật thì độ bền về cơ kém vì các lực cơ tác dụng lên dây quấn không đều, tốn nguyên vật liệu Lõi sắt loại này thờng đợc sử dụng chế tạo cho các MBA lò điện (Hình 1.4)

c.Lõi sắt kiểu trụ bọc – ( Hình 1.5):

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 cũng thuộc về gông Để giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên, lõi sắt đợc ghép từ những lá thép kĩ thuật điện có độ dày 0,35mm có phủ sơn cách điện trên bề mặt

Hình 1.4 Kết cấu mạch từ kiểu bọc

a Một pha ; b Ba pha ;

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm dầu

Các kiểu ghép trụ và gông với nhau: Theo các phơng pháp ghép trụ và gông vào 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 đợc đem

nối với nhau nhờ những xà và bulong ép ( hình 1.6a) kiểu ghép này ghép

đơn giản nhng khe hở không khí giữa trụ và gông lớn nên tổn hao và dòng

điện không tải lớn, vì thế mà kiểu này ít đợc sử dụng

*Ghép xen kẽ: là từng lớp lá thép của trụ và gông lần lợt 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 đợc quấn trên ống bakelit lồng vào trụ, trụ đợc nêm chặt với ống bakelit bằng cách nêm cách điện ( gỗ,bakelit) sau đó xếp lá thép vào gông nh cũ và ép gông lại

Để giảm bớt tổn hao do tính dẫn từ không đẳng hớng 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 nh (hình 1.6.c.d.e)

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

Gông từ vì không quấn dây do đó để thuận tiện cho việc chế tạo tiết diện ngang của gông có thể làm đơn giản, hình vuông hình chữ nhật hay chữ

T Tuy nhiên hiện nay hầu hết các MBA điện lực ngời ta hay dùng tiết diện gông hình bậc thang có số bậc gần bằng số bậc của tiết diện trụ

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 lợng vào và truyền năng lợng ra Kim loại làm dây quấn thờng bằng đồng, cũng

có thể bằng nhôm ( ít phổ biến)

Dây quấn gồm nhiều vòng dây và đợc lồng vào trụ lõi sắt giữa các vòng dây, dây quấn có cách điện với nhau và các cuộn dây đợc cách điện với lõi.Dây quấn MBA gồm có 2 cuộn cuộn cao áp (CA) cuộn hạ áp (HA) đôi khi còn có cuộn trung áp (TA)

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

cuộn CA đặt ngoài Bố trí cuộn

CA đặt ngoài sẽ đơn giản đuợc việc rút đầu dây điều chỉnh

điện áp cũng nh giảm đợc kích thớc rãnh cách điện giữa các

cuộn dây và giữa cuộn dây với

Hình 1.7 Dây quấn đồng tâm

b Dây quấn xen kẽ (Hình1.8) :

Cuộn CA và HA đợc quấn thành

từng bánh có chiều cao thấp và

quấn xen kẽ, do đó giảm đợc lực

dọc trục khi ngắn mạch Dây quấn

xen kẽ có nhiều rãnh dầu ngang

nên tản nhiệt tốt nhng về mặt cơ

thi kém vững chắc so với dây quấn

đồng âm Dây quấn kiểu này có

nhiều mối hàn giữa các bánh dây

Hình 1.7 Dây quấn xen kẽ

1.5.3 Vỏ máy biến áp:

Vỏ MBA là bộ phận bảo vệ lõi MBA tránh tác động của các điều kiện ngoại cảnh nh môi trờng khí hậu Vỏ MBA gồm hai bộ phận thùng và nắp thùng

a.Thùng MBA :

Thùng máy làm bằng thép, thờng là hình bầu dục Lúc MBA làm việc, một phần năng lợng bị tiêu hao, thoát ra dới 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 trờng xung quanh có một hiệu số nhiệt độ gọi

là nhiệt độ chênh Nếu nhiệt độ chênh vợt 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 cờng làm nguội MBA khi vận hành thì lõi MBA đợc ngâm trong môi trờng dầu Nhờ sự đối lu trong dầu, nhiệt truyền

từ các bộ phận bên trong MBA sang dầu rồi từ dầu qua vách thùng và truyền ra môi trờng xung quanh Lớp dầu sát vách thùng nguội dần sẽ chuyển dần xuống phía dới và lại tiếp tục làm nguội một cách tuần hòan các bộ phận bên trong MBA Mặt khác dầu MBA còn làm nhiệm vụ tăng c-ờng cách điện

Tùy theo dung lợng MBA, mà hình dáng và kết cấu thùng dầu khác nhau Loại thùng dầu đơn giản nhất là thùng dầu phẳng thờng dùng cho các MBA dung lợng từ 30KVA trở xuống

Đối với các MBA cỡ trung bình và lớn, ngời ta dùng loại thùng dầu có ống hay loại 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 lợng đến 10.000KVA Ta dùng những bộ tản nhiệt có thêm quạt gió để tăng cờng làm nguội MBA

ở những MBA dùng trong trạm thủy điện, dầu đợc bơm qua một hệ thống ống nớc để tăng cờng làm nguội máy

b Nắp thùng:

Nắp thùng MBA dùng để đậy thùng và trên đó đặt các chi tiết máy quan trọng nh: 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 áp của 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 thớc và trọng lợng sứ ra càng lớn

• Bình giãn dầu: là một thùng hình trụ bằng thép đặt nằm ngang trên nắp thùng và nối 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 Đần 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 thờng 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 thùng cao quá mức cho phép thì

đĩa thủy tinh sẽ vỡ để dầu thoát ra lối đó tránh h hỏng MBA Chú ý ống bảo hiểm đầu đặt đĩa thủy tinh quay về phía ít ngời qua lại hay những vị trí ít nguy hiểm nhất

1.6 Nguyên lý làm việc của MBA

Nguyên lý làm việc của MBA dựa trên hiện tợng cảm ứng điện từ và

sử dụng từ thông 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

Xét sơ dồ nguyên lý của một MBA1 pha(hình1.11).

Hình 1.11 Nguyên lý làm việc của MBA

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 đợc 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 thứ cấp, cảm ứng ra các sức điện động e1 và e2 ở cuộn sơ cấp

có sức điện động sẽ sinh ra dòng điện i2 đa 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

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

E2 do đó k có thể coi nh tỉ số điện áp giữa dây quấn sơ cấp và thứ cấp

1.7 Tiêu chuẩn hóa trong việc chế tạo MBA điện lực:

MBA điện lực đợc chế tạo với tính năng đợc qui định theo tiêu chuẩn nhà nớc nh sau

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

+Điều kiện làm việc của MBA Độ cao không quá 100m so với mực nớc biển, nhiệt độ của không khí xung quanh nằm trong phạm vi -20o C đến -40o C Trong trờng hợp này biến áp đợc làm nguội bằng nớc thì nhiệt độ n-

ớc đầu vào không vợt quá 25o C

+ Về dòng công suất: Các giá trị u tiên của công suất định mức đối với MBA công suất đến 10MVA đợc 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 thì công suất lấy bằng 1/3 số liệu tâm.

+ Về điện áp có các mức sau: 0,22; 0,38; 3,6; 10; 22; 35; 110; 220; 500kV Tiêu chuẩn cũng có qui định ký hiệu về cách đấu nối với góc lệch pha trong MBA 3 pha nh sau: Kiểu nối sao, tam giác hoặc zic-zac các dây pha của MBA 3 pha và đợc đánh dấu bằng 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) đợc đa ra ngoài thì vực 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 đều đợc 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 thờng đợc chỉ thị bằng chỉ số của đồng hồ giờ , trong đó vectơ điẹn áp sơ cấp luôn chỉ số 12 trên mặt đồng hồ tợng trng cho kim phút Vectơ điện áp thứ cấp sẽ lệh pha tơng ứng ở các vị trí lần lợt chỉ các giờ trong đó só 12 có thể coi 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 lợt tiến hành theo trình tự nh sau:

1 Xác định các đại l ợng cơ bản:

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

• Xác định điện áp thử của các dây quấn

• Tính toán sơ bộ MBA chọn quan hệ kích thớc chủ yếu  theo

đại số io, Po, θm, Pn đã cho

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

3 Tính toán dây quấn CA và HA

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

• Xác định kích thớc 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

• Tiêu chuẩn về nhiệt độ chênh

• Tính toán nhiệt MBA

• Tính tóan gần đúng trọng lợng và thể tích bộ giãn dầu

Ch¬ng 4: TÝnh to¸n tham sè kh«ng t¶i.

ThiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p ®iÖn lùc ba pha ng©m dÇu c«ng suÊt 400KVA

C¸c sè liÖu ban ®Çu:

Tổn hao không tải : P0 = 840 W

Tổn hao ngắn mạch: Pn=5750 W

Điện áp ngắn mạch : Un=4%

Chơng 1:

Tính toán các kích thớc chủ yếu của máy biến áp

BàI 1: Xác định các đại lợng điện cơ bản của MBA.Dựa vào các số liệu ban đầu của nhiệm vụ thiết kế đã cho ta phải xác

định các đại lợng điện cơ bản sau đây

Tất cả các công thức trong đồ án đều lấy trong tài liệu ( thết kế máy biến áp của thày phan tử thụ – tài liệu 1 )

1.Dung l ợng một pha

S f =

m

S

=3

400

=133,3 (KVA)Trong đó :

S= 400KVA: công suất định mức máy biến áp

m=3 :số pha t=3 : số trụ tác dụng của m.b.a

22 3

4 , 0 3

- PhÝa CA nèi Y: Nªn ta cã If2=I2=10,479(A).

- PhÝa HA nèi Y: Nªn ta cã If1=I1=577,35(A)

4 , 0

=0,231(KV)

6 §iÖn ¸p thö c¸c d©y quÊn.(tra b¶ng 2 trang 185 [Tµi liÖu 1])

§èi víi m¸y biÕn ¸p dÇu theo cÊp ®iÖn ¸p cña d©y quÊn ta tra ®iÖn áp thử tương ứng :

- D©y quÊn CA: Ut2=55(KV)

- D©y quÊn HA: Ut1=5(KV)

Bài 1.2 :Thiết kế sơ bộ lõi sắt , Chọn các số liệu xuất phát ,chọn phơng án và tính toán các kích thớc chủ yếu.

8 Chọn kiểu dáng lõi sắt :

lõi sắt có rất nhiều kiểu , nhng hầu hết máy biến áp điện lực hiện nay đều dùng kiểu trụ do đó để đơn giản ta chọn lõi sắt kiểu trụ :

9 Chọn các số liệu xuất phát :

Để đỏp ứng yờu cầu thiết kế và đơn giản khi tớnh toỏn ta chọn mỏy biến

ỏp 3pha , 2 dõy quấn kiờu trụ phẳng , dõy quấn đồng tõm

10 Chiều rộng của rãnh từ tản giữa dây quấn CA và HA.( ar)

(tra bảng 19 theo điện áp thử và công suất S = 400 KVA)

* a1 : là chiều dầy dây quấn hạ áp

* a2 : là chiều dầy dây quấn cao áp

* k = 0,5 : là hệ số tra bảng 12 theo điện áp và công suất

* S’=133,3(KVA): dung lợng trên mỗi trụ

Để các yêu cầu đối với mạch từ nh trên đợc thoả mãn thị việc chọn loại tôn siclic nh thế nào là rất quan trọng, với silic có độ dày bao nhiêu, thành phần silic bao nhiêu là đợc Khi tôn silic có thành phần silic trong lá tôn cao quá thì lá tôn sẽ bị giòn, độ đàn hồi kém đi

ở đây ta chọn loại tôn cán lạnh là vì loại tôn này có u điểm vợt trội

về khả năng dẫn từ và giảm hao mòn so với tôn cán mỏng Tôn cán lạnh là loại tôn có vị trí sắp xếp các tinh thể gần nh không đổi và có tính dẫn từ không đẳng hớng, 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 tôn cán lạnh cho phép tăng cờng 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 đợc tổn hao trong máy, giảm đợc

trọng lợng kích thớc máy, đặc biệt là rút bớt đợc đáng kể chiều cao của MBA, rất thuận lợi cho việc chuyên chở Tuy nhiên giá thành tôn cán lạnh

có hơi cao nhng do việc giảm đợc tổn hao và trọng lợng nên ngời ta tính rằng vẫn kinh tế hơn những loại MBA đợc chế tạo bởi tôn cán nóng

13

Cắt lá thép

Do ta sử dụng loại tôn cán lạnh mà do loại tôn cán lạnh có tính dẫn

từ không đẳng hớng nên việc ghép nối giữa trụ và gông không thể thực hiện kiểu mối nối vuông góc nh tôn cán nóng đợc vì nh vậy góc ghép nối

α≠0 khá lớn làm tăng tổn hao sắt (hình 2.1a) mà ta phải dùng mối nối nghiêng hay là phải cắt vát lá tôn nh (hình 2.2) khi đó góc α ≠ 0 sẽ nhỏ đi

và tổn hao sắt sẽ giảm đáng kể (hình 2.1b)

Huóng cán

Hình 2.1 Mối nối giữa gông và trụa.Mối nối thẳng b.Mối nối chéo

Hình 2.2 Lá tôn cắt vát.

Khi cắt tôn xong ta sẽ phải xử lí cho tốt bavia, và ta phải ủ lại những lá tôn vừa cắt xong để cho những tinh thể kim loại trong vết cắt trở lại định hớng ban đầu Các lá thép kĩ thuật điện sau đó đợc sơn phủ cách điện mặt ngoài trớc khi ghép chúng lại với nhau

14 Tính chọn sơ bộ mạch từ.

* Do xu thế hiện nay trong việc chế tạo m.b.a ngời ta đều dùng tôn cán lạnh có chất lợng cao của các nớc phát triển sản xuất nên ở đây ta chọn tôn cán lạnh của Nga sản xuất , mã hiệu 3405 có chiều dầy 0,30 mm

* Trị số tự cảm trong trụ m.b.a ( Bt ) theo bảng 11 , với mã hiệu tôn

3405 , công suất m.b.a dầu S= 400 KVA , chọn Bt =1,6 ( T)

Hệ số tăng cờng tiết diện gông ( kg )

= 1.015 tra bảng 6 theo công suất

* Để giảm bớt tổn hao do tính dẫn từ không đẳng hớng đối với tôn cán lạnh ta dùng lõi thép với cách ghép xen kẽ có 4 mối ghép xiên ở 4 góc của lõi , còn mối nối giữa dùng mối ghép thẳng phơng pháp này vừa đơn giản vừa kết cấu vững chắc nên đợc dùng phổ biến

* theo bảng 4 ta chọn số bậc thang trong trụ là 6 đối với các tấm tôn

có tấm sắt ép , ép trụ bằng nêm với dây quấn , tiết diện trụ không có rãnh dầu , hệ số chêm kín kc = 0,93

* đờng kính trụ khoảng 18cm

*chọn số bậc thang của gông nhỏ hơn số bậc thang của trụ một bậc là

16 Suất tổn hao trong trụ và gông.

Theo bảng 45 trang 216 [ TL1] : Suất tổn hao trong trụ và gông

18 Khoảng cách cách điện chính tra bảng 18,19 TL1:

C: Khoảng cách cách giữa 2 trụ cạch nhau

d: Đờng kính đờng tròn ngoại tiếp tiết diện ngang của trụ d12:

Đờng kính trung bình giữa 2 dây quấn

a1: Bề dày cuộn HA

a2: Bề dày cuộn CA

l: Chiều cao dây quấn

δ12 =5 mm : ống cách điện giữa cao áp và hạ áp

δ22 = 3 mm: ống cách điện giữa các pha

l02 = 50 mm: cao áp với gông

lđ2 = 30 mm : phần đầu thừa các ống cách điện CA

lđ1 = 40 mm: phần đầu thừa các ống cách điện HA

δ01 = 5.0,5 mm: ống cách điện giữa HA và trụ

l01 = 15( mm): khoảng cách từ dây quấn đến gông

a01 = 20( mm) :Khoảng cách cách điện điện giữa trụ và dây quấn HA

a12 = 0,9( cm) :Khoảng cách cách điện giữa dây quấn HA và CA

a22 = 20( mm) : Khoảng cách cách điện giữa 2 cuộn CA

19 Các hằng số tính toán ( a,b )

Tra bảng 12,13 trang 191 [1] ta đợc a=1,36 ; b=0,4

Đối với dây quấn đồng công suất 400KVA , tổn hao ngắn mạch theo tiêu chuẩn , và cấp điện áp cac áp 22 KV

20.Hệ số Kf=0,95 (Tra bảng 15 trang 191 [TL1])

21Chọn hệ số tối u β

Chọn phơng án tối u là phơng pháp xác định hệ số hính dáng β hợp

lý nhất trong các phơng án đặt ra khi trị số β thờng biến thiên trong phạm

vi rất rộng từ 1,0 – 3,6 ; β là ttị số dùng để chỉ quan hệ giữa đờng kính trung bình của các dây quấn d12 và chiều cao l của dây quấn đợc gọi là tỉ

số kích thớc cơ bản của máy biến áp cũng là ( quan hệ chiều rộng và chiều cao của máy )

β = л

l

d12

Hệ số βcó ảnh hởng rất lớn tới đặc tính kỹ thuật và kinh tế của máy biến áp :

Thật vậy :

Về mặt kinh tế : Nếu máy biến áp có cùng công suất , điện áp , các

số liệu xuất phát và các tham số kỹ thuật thì : khi β nhỏ m.b.a gầy và cao , nếu β lớn thì máy biến áp béo và thấp với những trị số khác nhau thì tỷ lệ trọng lợng sắt và đồng trong m.b.a cũng khác nhau :β nhỏ thì sắt ít lợng

đồng nhiều , nếu β tăng lên thì trọng lợng sắt tăng lên và đồng lại giảm bớt

muốn giữ cho tổng tổn hao không đổi khi β tăng thì trọng lợng đồng phải giảm xuống , nhng lúc đó sẽ làm cho mật độ dòng địên và lực cơ giới tác dụng lên dây quấn lại tăng lên

Vì thế mà việc chọn hệ số β sao cho m.b.a thiết kế ra có những đặc

điểm tối u , kinh tế nhất , mặt khác vẫn đảm bảo đợc những tham số kỹ thuật nh tổn hao ngắn mạch pn , không tải p0 , dòng không tải i0 , điện áp ngắn mạch phần trăm un% đòi hỏi nhà thiết kế phải tính toán chọn lựa hợp lý

Để chọn phơng án đợc chính xác ta cần phải lập bảng xét các trị số β trong phạm vi 1.2 – 2,6: tra bảng 17 đối với m.b.a dầu công suất

400KVA dây đồng điện áp 22kv

Trớc khi lập ta cần xác định các hệ số sau :

A=0,5074 2 2

.

'

l T nx

R R

K B U f

K a S

, 1 73 , 3 50

95 , 0 031 , 0 3 , 133

A2=3,605.104.0,163.0,902.0,05=41,62(KG) Trong đó:

a=1,36 : Trị số hớng dẫn

Kl=0,902 : hệ số lợi dụng

l01=50 mm : cách điện giữa hạ áp và gông A=0,16 : hệ số

a12+a22=9+20=29 mm *HÖ sè :

C1=Kdq 2 2 2

2

.

.

A U B K K

a S

nr T l f

(2.56 TL1)

C1=2,46.102 2 2 2

2

16 , 0 44 , 1 6 , 1 902 , 0 95 , 0

36 , 1 400

-Träng lîng 1 gãc cña lâi

G’= 0,468.104.KG.Kl.A3.x3 theo 2-66 TL1 G’ = 0,468.104.1.015.0,902.0,163.x3 = 17,6x3

-Tiết diện trụ tính sơ bộ.

P0=PT+PG=k’f.Pt.GT+kf’.Pg.GG

kf’ : là hệ số phụ thuộc chủ yếu đến các đặc điểm của vật liệu làm lõi sắt đối với tôn cán lạnh do từ tính không phục hồi đầy đủ sau khi ủ , hoặc do có thể có mối ghép vuông góc , hoặc do có sự uốn nắn lá tôn lúc nắp ghép làm cho suất tổn hao tăng lên , ta có thể lấy kf’ = 1,25

Trong đó :

Pt.GT = P T : Tổn hao trong trụ

Pg.GG = PG :Tổn hao trong gông

K’f: Hệ số phụ :(Đối với tôn cán lạnh có thể lấy K’f=1,25)

PT=1,15(W/Kg) ;PG=1,112(W/Kg): Là suất tổn hao trong trụ và gông

-Công suất từ hóa lõi thép MBA.

Q0=K''

f (QC+Qf+Qδ) (VA)Trong đó :

QC=qt.GT+qg.GG=1,602.GT+1,526.GG : công suất từ hoá chung của trụ và gông qT,qG : Suất từ hóa trong trụ và gông

Qf=40.qf.G’ : Suất từ hóa phụ đối với góc có mối nối nghiêng

Qδ=3,2.qδ.TT : Công suất từ hoá khe hở không khí chỗ nỗi giữa các lá tôn

qδ: Suất từ hóa khe hở không khí ứng với

BT

- Trọng lợng tác dụng của lõi sắt biến áp

GFe=GT+GG (KG)-Trọng lợng dây quấn đồng

Gdq= 21

x

C

(KG)-Trọng lợng dây dẫn

Gđ = Kcđ .Gdq (KG)

Kcđ : Hệ số kể đến cách điện của dây quấn Chọn Kcđ=1,06

-Thµnh phÇn ph¶n kh¸ng cña dßng ®iÖn kh«ng t¶i.

∆=

dq

n f

G K

P K

K: HÖ sè phô thuéc vµo ®iÖn trë suÊt cña d©y quÊn Chän

K=2,4

∆=

Gdq

4 , 2

5750 95 , 0

=

dq

G

04 , 2276

5750 95 , 0

5 , 249 4 , 2 5 , 4