Chương 1 2 DA Thiết kế MBA dầu BKDN

Chæång I TÊNH TOAÏN CAÏC KÊCH THÆÅÏC CÅ BAÍN CUÍA MAÏY BIÃÚN AÏP 11. Caïc säú liãûu thiãút kãú vaì så âäö tênh toaïn maïy biãún aïp. Âãø tênh toaïn maïy biãún aïp 2 dáy quáún cáön phaíi biãút træåïc caïc säú liãûu sau : 1. Cäng suáút toaìn pháön âënh mæïc cuía maïy biãún aïp. (Sâm KVA) 2. Säú pha dáy quáún (m). 3. Táön säú âënh mæïc (f Hz) 4. Âiãûn aïp dáy âënh mæïc cuía dáy quáún cao aïp (U1âm V, KV) vaì haû aïp (U2âm V, KV); säú náúc vaì giåïi haûn âiãöu chènh âiãûn aïp. 5. Så âäö vaì täø näúi dáy cuía dáy quáún cao aïp vaì haû aïp. 6. Phæång phaïp laìm maït. 7. Chãú âäü taíi daìi haûn hoàûc ngàõn haûn. 8. Âàûc âiãøm làõp âàût cuía maïy Âàût trong nhaì hay ngoaìi tråìi. Ngoaìi caïc säú liãûu trãn coìn cáön biãút thãm caïc tham säú sau cuía maïy. 1. Âiãûn aïp ngàõn maûch uk (%) 2. Täøn hao ngàõn maûch pk (W) 3. Täøn hao khäng taíi po (W) 4. Doìng âiãûn khäng taíi i0 (%) 12 Tênh toaïn caïc âaûi læåüng cuía maïy biãún aïp. Trong pháön naìy phaíi xaïc âënh : Cäng suáút trãn mäüt pha vaì mäüt truû, doìng âiãûn dáy âënh mæïc phaïi cao aïp vaì haû aïp, doìng âiãûn vaì âiãûn aïp pha âënh mæïc phêa cao aïp vaì haû aïp. Cäng suáút mäüt pha cuía maïy biãún aïp. Sfdm = Sâm m (11) Cäng suáút trãn mäüt truû maïy biãún aïp. Sâm = Sâm c (c laì säú truû cuía maïy biãún aïp ) (12) Doìng âiãûn âënh mæïc cuía dáy quáún Maïy biãún aïp 3 pha. Iâm = (A) (13) Maïy biãún aïp mäüt pha Iâm = (A) (14) Trong âoï S (KVA) vaì U (V). Doìng âiãûn pha cuía maïy biãún aïp 3 pha Khi dáy quáún näúi Y : If = Id (15) Khi dáy quáún näúi : If = Id (16) Âiãûn aïp pha cuía maïy biãún aïp 3 pha Khi dáy quáún näúi Y : Uf = Ud (15) Khi dáy quáún näúi : Uf = Ud (16) Våïi maïy biãún aïp 3 pha dáy quáún näúi kiãøu ziczàõc âiãûn aïp trãn mäùi pháön cuía dáy quáún pha. U = Caïc thaình pháön cuía âiãûn aïp ngàõn maûch (%) Thaình pháön taïc duûng ur = (19) Trong âoï pn tênh bàòng (W); Sâm tênh bàòng (KVA) Thaình pháön phaín khaïng

Chương I TÍNH TOÁN CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA MÁY BIẾN ÁP 1-1 Các số liệu thiết kế và sơ đồ tính toán máy biến áp.

Để tính toán máy biến áp 2 dây quấn cần phải biết trướccác số liệu sau :

1 Công suất toàn phần định mức của máy biến áp (Sđm - KVA)

2 Số pha dây quấn (m)

3 Tần số định mức (f - Hz)

4 Điện áp dây định mức của dây quấn cao áp (U1đm - V, KV) vàhạ áp (U2đm - V, KV); số nấc và giới hạn điều chỉnh điện áp

5 Sơ đồ và tổ nối dây của dây quấn cao áp và hạ áp

6 Phương pháp làm mát

7 Chế độ tải dài hạn hoặc ngắn hạn

8 Đặc điểm lắp đặt của máy - Đặt trong nhà hay ngoài trời

Ngoài các số liệu trên còn cần biết thêm các tham số saucủa máy

1 Điện áp ngắn mạch uk (%)

2 Tổn hao ngắn mạch pk (W)

3 Tổn hao không tải po (W)

4 Dòng điện không tải i0 (%)

1-2 Tính toán các đại lượng của máy biến áp.

Trong phần này phải xác định : Công suất trên một pha vàmột trụ, dòng điện dây định mức phái cao áp và hạ áp, dòngđiện và điện áp pha định mức phía cao áp và hạ áp

-/ Công suất một pha của máy biến áp

-/ Công suất trên một trụ máy biến áp

S'đm = Sđm / c (c là số trụ của máy biến áp )(1-2)-/ Dòng điện định mức của dây quấn

Máy biến áp 3 pha

Iđm =

đm

đm U

S

3

10 3

S 10 3

Trong đó S (KVA) và U (V)

-/ Dòng điện pha của máy biến áp 3 pha

Khi dây quấn nối Y : If = Id (1-5)

Khi dây quấn nối ∆ : If = Id / 3 (1-6)-/ Điện áp pha của máy biến áp 3 pha

Khi dây quấn nối Y : Uf = Ud / 3 (1-5)Khi dây quấn nối ∆ : Uf = Ud / (1-6)Với máy biến áp 3 pha dây quấn nối kiểu ziczắc điện áp trên mỗi phần của dây quấn pha

U =

3 ) 30 cos(

-/ Các thành phần của điện áp ngắn mạch (%)

Thành phần tác dụng

ur =

âm

n f

f f

n f

S

P I

m

I m U

I I

10 10

.

10 100

.

3

3 '

=

−

−

(1-9)

Trong đó pn tính bằng (W); Sđm tính bằng (KVA)

Thành phần phản kháng

2 2

r n

1-3 Các kích thước cơ bản của máy biến áp.

Hệ thống mạch từ là bộ phận cơ bản nhất của máybiến áp Việc tính chọn hợp lý mạch từ của máy biến áp sẽquyết định đến toàn bộ giá thành và cả các thông số kỷ thuậtcủa máy

Trong hệ thống mạch từ của máy biến áp thì đường kínhvòng tròn bao trụ (thường ký hiệu bằng chữ d) và chiều caocủa cuộn dây (Thường ký hiệu bằng chữ 1) là 2 kích thước cơbản nhất Trong máy biến áp thường 2 dây quấn có cùng mộtchiều cao Trường hợp hai cuộn dây có chiều cao khác nhau thì 1là giá trị trung bình giữa chiều cao của 2 dây quấn đó

Kích thước cơ bản thứ 3 là đường kính trung bình của dâyquấn cao áp và hạ áp (thường được ký hiệu là d12)

Trên hình 1-1 mô tả các kích thước cơ bản của máy biến áp.Trên hình 1-1 :

ao1 là kênh dầu giữa trụ lõi thép mạch từ và cuộn dây

a1 ; a2 là bề dày của cuộn dây hạ áp và cao áp

a12 là bề rộng của kênh dầu giữa dây quấn cao áp và hạáp

10 là khoảng cách từ dây quấn đến gông mạch từ

a22 là khoảng cách cách điện giữa 2 dây quấn cao áp củahai trụ kề nhau

C là khoảng cách giữa hai trụ kề nhau

Từ các kích thước cơ bản của máy biến áp người ta đưa ramột hệ số bằng tỷ số giữa chu vi của vòng tròn tương ứng

với đường kính trung bình d12 và chiều cao của dây quấn 1, kýhiệu là β

= β

l

d12

π

Hệ số βkhi thiết ké có thể thay đổi trong một dãi tương

đối rộng từ 1 - 3,5 Khi lấy giá trị β bé, hình dáng của máy sẽ

gây và cao, như trên hình 1-2a, còn khi β lớn máy sẽ thấy và to

như trên hình 1-2b

Hệ số β là một tham số quan trọng trong thiết kế máy

biến áp Khi β bé khối lượng thép làm mạch từ giảm còn

khối lượng kim loại làm dây quấn sẽ tăng Khi β lớn quan hệ sẽ

ngược lại

Như vậy khi chọn giá trị β này hay giá trị β khác không

những ảnh hưởng đến kết cấu của máy, mà còn ảnh hưởngđến khối lượng vật liệu tác dụng và các loại vật liệu khác,cuối cùng dẫn tới ảnh hưởng đến giá thành của máy biến áp

Ngoài ra sự thay đổi của hệ số β cũng ảnh hưởng đến

các tham số kỹ thuật của máy như : tổn hao và dòng điện lúckhông tải, độ bền cơ và sự phát nóng dây quấn, kích thước vàhình dáng này

Để đưa ra được một biểu thức liên quan giữa đường kínhtrụ máy biến áp với công suất của nó, ta xuất phát từ lýthuyết máy biến áp

Ta đã biết

S' = Ufâm Ifâm 10-3 (KVA)Thành phần phản kháng của điện áp ngắn mạch (%)

ux = 12 10 6

.

9 ,

I u

K a d w I f v

P P

π

Hoặc là ux = 10 6

.

9 ,

I u

K a w I f v

P P

β π

Trong đó β =

l

d12

π

Bảng 1-1 Từ cảm trong trụ của máy biến áp lực trong tính toán sơ bộ

Ghi chú : Với máy biến áp công suất lớn hơn 100.000 KVA có thể lấy từ cảm đến 1,7T

IIT = kc π d2/4 là tiết diện thực của trụ (Cm2)

kc là hệ số lấy dầy vòng tròn bao trụ của trụ thép, kc =

kkp.kz là tích của 2 hệ số

Trong đó :

+/ kkp =

4 / d2

II Tb

π là tỷ số giữa diện tích của hình trụ bậc và

diện tích của vòng tròn bao trụ tra theo bảng 1-2; IITb = kkp π.d2/4là diện tích tiết diện trụ dạng bậc

+/ KZ là hệ số lấp đầy kz = IIT/IITb, hệ số kz phụ thuộc vàochiều dày và mác thép tra theo bảng 1-3

Bảng 1-2 Số bậc, tiết diện và hệ số k kp với m.b.a dầu

Từ công thức (1-11), thay điện áp U = uv.w và dòng điện I rúttừ công thức (1-12) đồng thời uv tính từ biểu thức (1-13) ta có

3 2

4 2

3

4 9 , 7

10 ) 10 44 , 4 ( 9 , 7

10

p p

x c

T p

p

v x v

k a f

u k

d B f k

a w f

u u w u

β β

.

c T x

p p k B u f

k a

S β

(1-14)Bảng 1-3 Hệ số lấp đầy của thép kỷ thuật điện kz

Thép Dạng cách điện Chiều dày

thép 0,5 Cm

Chiều dày thép 0,35 Cm

Tấm Không có cách điện

0,95 - 0,960,93 - 0,940.91 - 0,920,89 - 0,90

Cuộn Mạ nóng

Mạ nóng và sơn cđ

một lần

0,95 - 0,960,93 - 0,94

1-4 Phương pháp tính toán máy biến áp

Việc chọn các số liệu ban đầu để tính toán như : Tỷ sốcác kích thước cơ bản β, mác thép làm mạch từ, kim loại dây

quấn, tải điện từ, dạng kết cấu mạch từ, vật liệu cáchđiện v.v , sẽ ảnh hưởng đến khối lượng vật liệu tác dụng,các thông số không tải, ngắn mạch và giá thành của máy biếnáp

Như vậy nhiệm vụ đầu tiên của việc tính toán là phải giảibài toán ;

-/ Xác định các thông số tối ưu không tải và ngắn mạchcủa máy biến áp

-/ Chọn các thông số đầu vào để đảm bảo nhận đượccác thông số trên, với giá thành bé nhất

Khi thiết kế dãy mới phải giải đồng thời cả hai bài toántrên một quá trình tính thô Sáu đó dựa tên kết quả có đượcđó kết hợp tính tối ưu các tham số không tải và ngắn mạchvới tối ưu về giá thành, chỉ tiêu năng lượng và hiệu quả làmviệc của máy biến áp

Khi thiết kế một dãy mới có thể chọn các vật liệu tácdụng, kết cấu mạch từ một cách độc lập với dãy củ.Cũng có thể tính cho nhiều phương án, mạch từ phẳng, khônggian , dây quấn bằng đồng hoặc bằng nhôm Sau đó so sánhcác chỉ tiêu kinh tế và kỷ thuật cũng như điều kiện sản xuấtđể tìm ra phương án tối ưu nhất

Trong nội dung thiết kế môn học ở nhà trường, các thôngsố tối ưu đã biết trước nên chỉ cần tính tối ưu về kinh tế vànhận được các thông số kỷ thuật cho trước

Theo lý thuyết chung về máy biến áp

S' = U.ITrong đó : U là điện áp của dây quấn trên một trụ

I là dòng điện chạy trong dây quấn trên một trụThay U = uv w và I = ∆.II với uv là điện áp của một vòngdây; w là số vòng dây của dây quấn một trụ ; ∆là mật độdòng điện chạy trong dây quấn dvà II là tiết diện của dây dẫnlàm dây quấn

S = c.S' = k (d2.w.II) (1-16)Trong biểu thức (1-16) c là số trụ của máy biến áp Phầntrong ngặc đơn của biểu thức (1-16) ta nhận thấy tích số w IIlà tiết diện của toàn bộ dây quấn, nên có tỷ lệ với bìnhphương kích thước dài và dĩ nhiên d2 cũng tỷ lệ với bình phươngkích thước dài

Vậy với một dãy máy nhất đinh :

S ≈ 14 (1-17)

Điện áp của một vòng dây uv ≈ d2 ≈ 12

Khối lượng toàn bộ của vật liệu tác dụng của máy biếnáp ký hiệu bằng chữ G, (bao gồm khối lượng thép làm mạchtừ, ký hiệu bằng chữ Gfe và khối lượng kim loại làm dâyquấn, ký hiệu bằng chữ Go), tỷ lệ với thể tích của nó, cónghĩa là tỷ lệ bậc 3 với kích thước dài

S S

S S

4 / 3 0

S S

S II

Khi thiết kế các máy biến áp đơn chiếc cần phải biếthàng loạt các tham số và một số điều kiện đã quy định Đó là: Công suất, tần số, số pha, điện áp các dây quấn, đặc tínhkhông tải, vị trí lắp đặt, hệ thống làm mát, một số yêu cầuvề tiêu chuẩn cũng như các tham số không tải và ngắn mạch.Một số số liệu phải tính chọn theo tính toán ban đầu như :Nguyên lý kết cấu mạch từ, vật liệu làm dây quấn và kíchthước của các khoảng cách cách điện của dây quấn

Tất cả các đại lượng và số liệu trên có thể xác địnhbằng thiết kế thử nghiệm hoặc theo số liệu sản xuất củacác máy đã có sẵn với sự tính toán kết hợp vật liệu mới

Trong biểu thức (1-14) ngoài các đại lượng và số liệu đãbiết theo tính toán ban đầu còn phải xác định tiếp 2 hệ số là

apvà kp

Trong đó kp đối với dãi công suất rộng có thể lấy trong giớihạn hẹp từ 0,93 -0,97 và có thể chọn không đổi bằng 0,95

Sau khi đã xác định được tất cả các số liệu đó ta có.

Trong biểu thức (1-26) A được coi là hằng số

A = 16.4

2 2

'

.

.

c T x

p p k B u f

k a S

-/ Với máy biến áp làm việc bình thường chọn k theo pn

Để xác định khối lượng thép làm mạch từ, ta chia nó làmhai phần là : Trụ và gông Việc tính toán khối lượng từngphần được thực hiện riêng biệt

Khối lượng thép làm trụ

β

π γ

Thực tế nghiên cứu cho thấy các đường kính d12 và dchênh nhau một lượng thay đổi trong phạm vi rất hẹp Do đó tacó thể coi.

Hệ số a với các máy có công suất từ 25 - 63.000 KVA, khidùng thép cán nóng và dây quấn bằng đồng thường lấy bằng1,3 - 1,38 và khi dùng thép cán lạnh dây quấn bằng đồng lấybằng 1,3 - 1,42 Hệ số a không những phụ thuộc vào công suấtmáy, cấp điện áp mà còn phụ thuộc vào mức tổn hao ngắnmạch và vật liệu làm dây quấn Khi tính toán sơ bộ a lấy theobảng kinh nghiệm (bảng 1-5)

Bảng 1-5 Giá trị a = d 12 /d (dây quấn đồng).

Như vậy ta có : d = A.x ; β = x4; d12 = a.d = a.A.x Trở lại biểuthức (1-29) ta có :

Khi tính khối lượng thép làm gông người ta tách gông ralàm 2 phần :

Phần gông được giới hạn bởi 2 đường trục của 2 trụngoài cùng Phần này gông có tiết diện không đổi (xem hình 1-1)và bằng II'g có độ dài là (c - 1) C Khối lượng thép phần nàycủa gông trên và dưới được ký hiệu bằng chữ G'g Phần thứhai là phần góc trái và phải của mạch từ tính từ đường trụccủa hai trụ hai bên trở ra Phần này có tiết diện được ký hiệuII"g Khối lượng thép của phần thứ 2 này của gông, tính cả gôngtrên lẫn gông dưới ký hiệu Gg

Khối lượng chung của thép trong 2 gông

fe g T g

b

II II

2 2

'' ''

∑

Khi tiết diện tính toán của gông (xem hình 1-1) thường khôngbằng tiết diện của trụ (Gông chỉ có bậc một phía), nên IIg =

kg.IIT ; hệ số kg trong tính toán sơ bộ tra theo bảng 1-6

Tiết diện trụ được tính IIT = π.d2.kc/4; tiết diện phần tưcủa gông được tính theo biểu thức II"g = π.d2.kkp.kg/4, với kkp chotrong bảng 1-2

Khoảng cách giữa hai trụ kề nhau :

C = d12 + a12 + 2.a2 + a22 (1-37)Các giá trị : a12 ; a2 chỉ xác định chính xác được khi đã thiết kếxong phần dây quấn Trong phần tính toán sơ bộ này ta tínhchuyển qua các hệ số Aj và Bj

12

2

10

1 4

4

)

2 )(

1 ( 4

+ +

+

g c

b k k

d k

d a

a a

d c k k d

γ π

π π

(1-38)Kích thước hướng kính của dây quấn cao áp a2 thay đổi theocông suất, điện áp của máy biến áp và phụ thuộc vào vậtliệu làm dây quấn là đồng hoặc nhôm Gần đúng có thể tính

a2, qua đường kính trụ, 2.a2 = b.d Giá trị b trong tính toán sơ bộcó thể lấy theo bảng kinh nghiệm (bảng 1-7) Với máy làm máttự nhiên công suấtS=10-160KVA điện áp U đến 0,5 Kv; dây quấnlàm bằng dây đồng lấy b = 0,26 và với dây quấn làm bằng dâynhôm lấy b = 0,33 Với máy có công suất S = 160 - 400KVA; điệnáp đến 10Kv; dây quấn bằng đồng b = 0,22 và với dây nhôm b =0.28

Bảng 1-7 Giá trị sơ bộ b = 2.a 2 /d (với dây đồng).

Từ biểu thức (1-38) thay d = A.x; d12= a.A.x; 2a = b.A.x; γ fe=

7650 kg/m3 (thép cán nóng); với mạch từ như hình 1, khi c = 3, tacó :

Gg = 2,40.10-2.kc.kg  + + + ∑b

d k x A a

x A b x A a x

A .( ) 0 , 393 3 3 ( kp.

12 2

B1 = 2,4.10-2kc.kg.A3 (a + b + e) 40)

(1-B2 = 2,4.10-2kc.kg.A2 (a12 + a22 ) (1-41)Khi B1 và B2 tính bằng kg thì : e = 0,398 với gông có tiết diệnhình chữ nhật

e = 0,411 với gông có tiết diện bậc

Đối với máy biến áp một pha (c = 2)

B1 = 2,4.10-2kc.kg.A3 (a + b + 2.e) (1-42)

B2 = 2,4.10-2kc.kg.A3 (a12 + a22) (1-43)

Đối với máy biến áp 3 pha 3 dây quấn

c = d12 + a12 + 2.a2 + 2.a23 + 2.a3 + 2.a33 (1-4)

∆ là mật dòng điện trung bình trong dây quấn (A/mm2)

pcb là tổn hao cơ bản trong dây quấn của máy biến áp (W)

kf là hệ số tính đến tổn hao phụ trong dây quấn, tổn haotrong đầu ra, trong thành vỏ thùng dầu và các mạch vòng kimloại khác Tổn hao này phụ thuộc vào từ trể và dòng điệnxoáy, chúng xuất hiện do ảnh hưởng của từ trường tản (kd <1).Hệ số này trong tính toán sơ bộ lấy theo bảng 1-8

Bảng 1-8 Hệ số tổn hao phụ trong tính toán sơ bộ k f

Khối lượng kim loại làm dây quấn

Với dây quấn bằng đồng

u

p n v

(1-48)Với dây quấn bằng nhôm

u

p n v

(1-48)Trong đó :

S là công suất máy biến áp (KVA)

uv là sức điện động của một vòng dây

kf là hệ số trong biểu thức (1-46)Với máy biến áp khô do điều kiện làm mát ở trong trạngthái khô, nên mật độ dòng điện ở bên trong dây quấn thường

được lấy bé hơn bên ngoài Do đó mật độ dòng điện tổng tínhtheo biểu thức (1-48) và (1-49) phải nhân với 0,95.

Khi thay vào biểu thức (1-48), d12 = a.A.x ; uv = 4,44.f.BT.IIT.10-4

và đã biết IIT = d k c

C1 = K0 2 2 2

2

.

.

A u f B k k

a S

r T c f

(1-51)Với dây đồng

K'0M =

π 2 2

7

11 , 1 746 , 0 4 , 2

.

A u B k k

a S r T c f

(1-52)Trong đó K0 là hệ số ; đối với dây đồng K0M = 2,46.102 Đối

K0A = 1,2.102; Với máy biến áp khô có thể lấy KoM = 2,6.102 và K0A

= 1,27.102, ur là thành phần tác dụng của điện áp ngắn mạch(%)

Giá thành chung của vật liệu tác dụng có thể xác địnhdưới dạng

Cgt = Cfe (Gc + Gg) + co Kcd.G0 (1-53)Trong đó : Cfe và c0 là giá 1 kg thép làm mạch từ và giá 1 kgkim loại làm dây quấn ; kcd là hệ số tính đến 2 yếu tố cáchđiện của dây quấn và bộ điều chỉnh điện áp

kcd = 1,06 đối với dây đồng và kcd = 1,13 đối với dây nhôm.Đôi khi để thuận tiện ta quy tất cả về giá của thép làmmạch từ hoặc của kim loại làm dây quấn

Nếu đơn vị lấy theo giá 1 kg thép làm mạch từ thì giáthành được tính

c'gl = B1.x3 + (B2 + A2).x2 + 1 21

x

C k k x

A

cd qd

Trong đó : Kqd = c0 / cfe hệ số này phụ thuộc vào giá kimloại làm dây quấn và thép làm mạch từ Hệ số kqđ có thể lấytheo bảng 1-9

Để xác định được x ta lấy đạo hàm của biểu thức (1-54)và cho nó bằng không

0 ) ' (

B =

1

2 2

2

1 1

Giải phương trình (1-55) ta sẽ tìm được giá trị x ứng với c'gt

cực tiểu Nghĩa là tìm được giá trị β để giá thành vật liệu

tác dụng bé nhất

Đôi khi ta cũng có thể cho trước một số giá trị β, nghĩa là

một số giá trị x rồi xây dựng đồ thị c'gt = f(β) và xác định đồ

thị đó giá trị β ứng với c'gt cực tiểu, tuy nhiên cách này không

chính xác

Từ giá trị β xác định được ta tính được khối lượng của

thép làm mạch từ và kim loại làm dây quấn, từ đó ta tính tiếpđược ;

Tổn hao không tải đối với hệ thống mạch từ phẳng vàthép cán nóng

p0 = k'f (pT.Gfe + pg.Gg) (1-56)Trong đó :

+/ k'f là hệ số tính đến tổn hao phụ lúc không tải có thểlấy

Được kính trụ d, Cm Đến 20 20-30 30-50 >50

iox =

S

Q S

Q

10 10

10

k''d = 1,6 1,2 cho các máy biến áp có công suất từ 25

(1-kxl là hệ số xử lý thép sau khi cắt, dập

Đối với mạch từ, tiết diện của gông có nhiều bậc kxl =1,21 khi thép cắt xong có ủ ; kxl = 1,94 khi thép cắt xong không ủ.Đối với mạch từ, tiết diện của gông hình chữ nhật hoặc cótừ 1-3 bậc kxl = 1,31 - 2,1

Hệ số kxl = 1,06 với máy biến áp có công suất đến 630 KVA

kxl = 1,08 với máy biến áp có công suất từ 1.000 đến 16.000KVA

kxl = 1,10 với máy biến áp có công suất từ 25.000 đến63.000 KVA

kxl = 1,08 với máy biến áp có tiết diện gông hình chữ nhậtSuất tổn hao công suất từ hoá của khe hở không khí xác địnhtheo độ từ cảm Bc của trụ khi ghép thẳng và theo Bc / 2 vớimối ghép xiên

Tiết diện khe hở không khi IIkh = IIc khi ghép thẳng và IIkh =

IIc / 2 khi ghép xiên

nkh số khe hở không khí cho mỗi kiểu ghép (thẳng hoặcxiên)

Mật độ dòng theo (1-48) được viết lại dưới dạng

0

.

.

G K

Khi thay Go = C1/x2 chúng ta sẽ tìm thấy giới hạn của x theomật độ dòng

Với dây đồng xmax

n

d p k

C

.

4 , 2 5 ,

C

.

75 , 12 7 ,

Ngoài ra lực tác dụng hướng kính (N) tác dụng lên 2 mạchvòng dây quấn khi ngắn mạch có thể viết

Fhk = 0,628 (ixk.w)2.β.kp.10-6

Trong đó ixk là giá trị dòng điện ngắn mạch cực đại tứcthời tác động lên 1 trong 2 dây quấn bất ký; w là số vòng dâytoàn phần của dây quấn

n

e u

'.

2 2

c c v

p p k B u f

k a S

Với máy biến áp 3 pha có S' = S/3 và máy biến áp 2 pha S' =S/2

Với máy biến áp 3 pha

Fhk = 26,28

p

x xk a f

S u k

.

.

2

(1-62)Máy biến áp 1 pha

Fhk = 39,42

p

x xk a f

S u k

.

.

2

(1-62')Ứng suất kéo cơ khí trong dây dẫn làm dây quấn, tính theo(MPa) có thể xác định

d

hk hk

II

F

.

9 ,

v

p p u

k a S

f β

Chúng ta nhận được δ hk = M.x3 64)

(1-Với dây đồng máy biến áp 3 pha

MM = 0,2453.10-4

A a

p k k

p d xk

.

MM = 0,1519.10-4

A a

p k k

p d xk

.

Máy biến áp một pha các hệ số của biểu thức (1-65) và(1-65') lấy bằng 0,3678.10-4 và 0,2275.10-4, trong đó MM và MA tínhbằng (MPa)

Ứng suất cho phép của đồn là δ hk = 60 MPa và của nhôm là

δ hk = 25 MPa

Vì x =3

M cp

δ

nên x 3 60

M M

≤ với dây đồng và x 3 25

M M

≤ với dâynhôm

Chương II KẾT CẤU MẠCH TỪ VÀ CÁCH ĐIỆN CỦA MÁY BIẾN ÁP

A KẾT CẤU MẠNH TỪ MÁY BIẾN ÁP.

2-1 Kết cấu của trụ và gông.

Ghép nối : Trụ và gông được chế tạo riêng biệt rồi ghép nối với nhau nhờ các bulông, như hình 2-1

Ưu điểm : Lắp ghép nhanh, tháo lắp dễ dàng.

Nhược điểm : Độ cứng vững của mạch từ thấp ; tổn hao từ hoá rất lớn do khe hở không khí giữa các mối ghép lớn.

Phương pháp này chỉ được dùng cho các máy biến áp của dung lượng bé, trong sản xuất nhỏ hoặc dung cho các cuộn kháng cao áp.

Ghép xen kẻ : Theo phương pháp này các lá thép của trụ và gông được ghélp cùng một lúc, theo thứ tự từng lớp mà các mối ghép đè lên nhau Có hai cách ghép xen kẻ là : Ghép thẳng (Hình 2-2) ; Ghép xiên (Hình 2-3) và (Hình 2-4)

Ưu điểm : Do ghép xen kẻ các mối ghép lần lượt được các lớp đè lên nên độ cứng vững của mạch từ rất cao Phương pháp ghép này có khe hở không khí rất bé do đó tổn hao từ hoá rất bé.

Hình 2-2 dùng cho thép cán nóng, có tổn hao p o = (10-12)% và i o = (25-30)%

Hình 2-3 và hình 2-4 dùng cho thép cán lạnh, có tổn hao không tải p o = (3-4)% và dòng điện không tải i o = (8-10)%

-/ Kết cấu tiết diện trụ hình 2-5.

Trụ thường có nhiều bậc Muốn tăng hệ số k c ta phải tăng số bậc Song thực tế khi tăng số bậc quá nhiều thì kết cấu của mạch từ phức tạp, năng suất chế tạo thấp, nên người ta hạn chế số bậc, thường khi S = 16-630KVA, d = (8-22)cm thì n =1-8 hoặc Khi S = 1000 - 8000 KVA, d = 24-75 cm, thì n = 8-16 bậc.

Khi d< 35 Cm không có rảnh dầu chiều trục trong trụ

d> 35 Cm có rảnh dầu chiều trục trong trụ -/ Kết cấu của gông, hình 2-6 và 2-7

Gông có thể chế tạo dạng hình chữ nhật không bậc như hình 2-6 Loạik này có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo tuy nhiên tổn hao phụ lớn do đó nó chỉ được dùng cho các máy biến áp có công suất bé.

Gông có dạng chữ T hoặc chữ ⊥ (hình 2-7), loại này dùng cho các máy có công suất trung bình (loại chữ T dùng cho các máy có điện áp cao, vì lợi cách điện).

Với thép cán lạnh thường trụ có bao nhiêu bậc thì gông cũng có bấy nhiêu bậc.

Với thép cán lạnh thường trụ có bao nhiều bậc thì gông cũng có bấy nhiêu bậc.

2-2 Phương pháp ép trụ và gông lỏi thép máy biến áp.

1 Ép chặt trụ

-/ Ép bằng ống cách điện Bakêlít

Theok phương pháp nsày, mạch từ sau khi lắp ghép xong người

ta lồng vào trụ một ống bakêlít dày rồi dùng các thanh nệm cách điện đóng vào các khe hở giữa trụ và ống bakêlít để ép chặt trụ như hình 2-8.

Các ống cách điện này vừa dùng để ép trụ vừa là ống cách điện của cuộn dây hạ áp.

Phương pháp này dùng cho mạch từ làm bằng thép cán lạnh Phương pháp này dùng cho mạv từ làm bằng thép cán nóng, hình 2-9 Số lượng bulông ép phụ thuộc vào chiều cao trụ 1 và bề rộng của trụ b.

Đơn vị lực ép cần thiết phải đạt được là :

p = d/20 (kg/Cm 2 ) Vậy lực ép cần thiết là : P = p.l.b (kg)

2/ Ép chặt gông.

Đối với thép cán nóng có thể dùng bulông xuyên qua gông để ép chặt ; Với thép cán lạnh để ép gông người ta dùng xà ép và bulông không xuyên qua gông, với các máy lớn có thể tăng cường bằng đai.

2-3 Xác định các kích thước của tiết diện trụ và gông.

Số bậc, kích thước các bậc của trụ và gông phụ thuộc vào đường kính trụ và dung lượng của máy biến áp Các số liệu này có sẵn theo bảng trong tài liệu thiết kế trình bày ở chương 5.

B CÁCH ĐIỆN TRONG MÁY BIẾN ÁP.

2-4 Yêu cầu chung về cách điện trong máy biến áp.

Cách điện trong máy biến áp phải ổn định, không bị hư hỏng do tác dụng về điện, cơ và lý hoá mà nó phải chịu dựng trong quá trình vận hành.

Giá thành của vật liệu cách điện trong máy biến áp chiếm một tỷ trọng tương đối trong gia thành máy biến áp Đối với máy biến áp điện áp cao từ 220 - 500 Kv, giá thành cách điện chiếm 15 - 20% giá máy.

Để xác định các cách điện chính trong máy biến áp ta dựa vào điện áp thử nghiệm cho trong các bảng 2-1, 2-2 và 2-3.

2-5 Xác định khoảng cách, cách điện tối thiểu cho phép.

(với máy biến áp dầu)

Các khoảng cách cách điện chính trong máy biến áp lực được

+/ δ d là bề dày của tấm đệm cacton dưới gông

+/ a 01 là khoảng cách từ mặt trong của dây quấn hạ áp tới trụ +/ a 1 và a 2 là bề dày của dây quấn hạ áp và cao áp

+/ a 12 là khoảng cách cách điện giữa dây quấn hạ áp và cao áp +/ a 22 là khóảng cách cách điện giữa dây quấn

+/ δ 01 và δ 012 là bề dày của ống lồng cách điện của dây quấn hạ áp và cao áp

+/ δ 22 là bề dày của tấm đệm cách điện giữa dây quấn cao áp hai trụ kề nhau

+/ a d1 là khoảng cách cách điện từ dây quấn hạ áp tới ống lồng hạ áp.

Các khoảng cách cách điện chính của dây quấn hạ áp và cao áp được trình bày trong bảng 2-4 và 2-5

Cách điện của bản thân dây dẫn làm dây quấn được chọn theo bảng 2-6

Cách điện giữa các lớp dây trong dây quấn hình trụ nhiều lớp được chọn theo bảng 2-7

CHƯƠNG 3 3-1 Những yêu cầu cơ bản đối với dây quấn

-/ Đảm bảo độ bền điện

Dây quấn của máy biến áp phải tính toán và thiết kế để có thể chịu được các quá điện áp.

-/ Đảm bảo độ bền cơ.

Kết cấu của dây quấn phải cứng vững để chống được các lực điện động xuất hiện khi có ngắn mạch.

-/ Đảm bảo độ bền nhiệt.

Cần giảm độ tăng nhiệt của dây quấn đến mức thấp nhất, song khi bị quá tải trọng thời gian ngắn vẫn có thể chịu đựng được.

3-2 Kết cấu chi tiết của dây quấn.

Chi tiết tối thiểu của dây quấn là vòng dây, trong vòng dây quấn có thể quán đơn hình 3-1a, quấn kép hình 3-1b; quấn chập nhiều sợi hình 3-1c

Chiều quấn dây quy ước chiều thuận là ngược chiều kim đồng hồ và chiều trái là cùng chiều kim đồng hồ.

3-3 Vật liệu chế tạo dây quấn.

Dây quấn m.b.a bao gồm 2 phần chính : dẫn điện và cách điện Ngoài ra còn có các bộ phận phụ khác nhu vòng điện dung, vòng chắn điện dung Dây dẫn dùng làm dây quấn m.b.a thường dùng dây đồng nguyên chất (đồng đỏ M1), có thể làm bằng dây nhôm Dây nhôm có nhược điểm dẫn điện kém, nhưng có ưu điểm là nhẹ, rẻ, dễ kiếm Về tính công nghệ dây nhôm có độ bền cơ thấp, khó hàn, khó xử lý các mối ghép đồng nhôm.

chiều dày δ = 0,5 - 0,55 mm Chiều dày ở trên tính cho cả 2 phía

Ngoài ra có thể dùng dây nhôm và

Kích thước tiêu chuẩn của các loại day dẫn dùng làm dây quấn

do nước Nga chế tạo được trình bày trong các bảng 1 ; 2a và 2b

3-2/ Vật liệu cách điện dùng trong máy biến áp.

Giấy cáp cách điện Chế tạo từ xenlulô có ký hiệu 8, 12,

K-17 Tức giấy dày 0,08 ; 0,12 và 0,K-17 mm

Vải sơn cách điện là loại vải được tẩm sơn cách điện, dùng để băng cổ định dây quấn hoặc bằng các mối hàn.

Giấy cacton cách điện Dùng để cách điện giữa các lớp dây (dùng cacton mỏng) và cách điện giữa các bánh dây (dùng cactonh dày).

Bakêlít và ghentinac dạng tấm, thanh và ống để làm các chi tiết cách điên như nêm, đệm cách điện, đĩa đỡ dây quấn

Gỗ : Chủ yếu dùng gỗ thông đã được xử lý cách điện, dùng làm giá đở các đầu dây ra, đệm cuộn dây, giá đở mạch từ

Dầu biến áp và sứ các đầu ra.

3-4 Phân loại, kết cấu và phạm vi sử dụng.

Các tính chất cơ bản và giới hạn sử dụng các kiểu dây quấn được tóm tắt trong bảng 3 - 3.

1 Dây quấn hình ống trụ.

a/ Dây quấn hình ống trụ quấn từ dây dẫn tiết diện hình chữ nhật một lớp hoặc hai lớp.

Khi quấn dây quấn này trước hết ta uốn đầu của dây dẫn đi một gốc 90 0 dể làm đầu dây ra, rồi quấn theo lớp từ trên xuống, hết lớp thứ nhất đến lớp thứ hai (nếu là dây quấn hai lớp), như hình 3-4a và 3-4b Loại dây quấn này có thể quấn từ một sợi được hoặc từ nhiều sợi chập song song Đặc biệt của dây quấn hình trụ là các vòng dây được quấn sít vào nhau.

Các điện giữa các vòng là cách điện của bản thân dây quấn còn cách điện giữa các lớp có đặt các thanh bakelít để tạo kênh dầu dọc trụ Để hai đầu dây quấn bằng các tấm cácton này ngoài tác dụng san bằng chổ khuyết của cuộn dây còn có tác dụng giữ cho đầu dây không bị bung ra hình 3-5 Khi quấn xong ta tiến hành cắt đủ phần dây ra và uốn đầu dây cho vuông gốc rồi băng đại cho chặt Dùng băng vải buộc chặt dây quấn theo chiều dọc trục rồi tháo nó ra khỏi máy quấn.

Dây quấn hình trụ từ dây chữ nhật có thể quấn theo chiều dẹt hoặc chiều nghiên hình 3-6a và 3-6b Tuy nhiên thường được quấn theo chiều dẹt, vì quấn theo chiều nghiêng sợi dây dễ bị lệch theo chiều trục hình 3-6c Điều này không cho phép vì nó sẽ làm hỏng cách điện của dây dẫn, cách điện lớp và làm cho bề mặt ngoài của mỗi lớp không phẳng, làm tăng kích thước hướng kính của dây quấn.

Chiều cao hướng kính của tất cả các sợi chập phải bằng nhau hình 3-7.

Dây quấn hình trụ một lớp, quấn từ dây dẫn tiết diện hình chữ nhật hình 3-4a, có ưu diểm chế tạo đơn giản, nhưng nhược điểm là độ cứng vững không cao Phạm vi sử dụng ; làm dây quấn hạ áp của các máy biến áp có ; S' = 3 - 10KVA; U CA = 3, 6, 10KV.

Dây quấn hình trụ 2 lớp, quấn từ dây dẫn tiết diện chữ nhật được mô tả 3-4b Loại này có kết cấu cứng vững hơn loại 1 lớp tuy nhiên chế tạo khó khăn hơn Nó được dùng làm dây quấn hạ áp của các m.b.a có S' = 25 - 70 KVA và điện áp cao áp U CA = 3 6, 10 KV.

b/ Dây quấn hình trụ nhiều lớp quấn từ dây dẫn tiết diện tròn.

-/ Dây quấn hình trụ tiết diện tròn quấn nhiều lớp liên tục hình 3-8

Dây quấn này có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, tuy nhiên độ bền cơ kém, tỏa nhiệt không tốt Để khắc phục tỏa nhiệt thường sau một số lớp ta bố trí kênh dầu dọc trục nhờ các thanh bakelít đặt dọc theo lớp dây hình 3-8/

Các bước thực hiện dây quấn này cũng như các loại dây quấn khác Sau khi đã uốn và ghìm đầu dây ra, ta đặt vòng vòng đệm cách điện đầu và tiến hành quấn từ trên xuống dưới.

Vòng đệm cách điện đầu có chiều dày bằng đường kính của dây dẫn có tác dụng cách điện, san bằng đầu cuộn dây và giữ vòng dây ngoài cùng Sau khi quấn xong một lớp đặt vòng cách điện cuối, bọc cách điện lớp và tiến hành quấn lớp thứ hai từ dưới lên hình 3-9.

Dây quấn này được dùng làm dây quấn cao áp cho các m.b.a có dung lượng S đến 750 KVA, điện áp phía cao áp U = 3;6;10 va 35 Kv

-/ Dây quấn hình trụ tiết diện tròn quấn nhiều lớp phân đoạn hình 3-10

Theo kiểu này dọc theo chiều cao ta phân dây quấn thành 2 hoặc một số bánh dây, như vậy giữa các bánh dây sẽ có một khoảng trống, nên điện áp giữa các lớp giảm xuống do đó cách điện giữa các lớp dây giảm xuống Ngoài ra các không gian trống đồng thời là các kênh dầu hướng kính, nên khả năng làm mát của dây quấn này tốt hơn Nhược điểm các dây quấn nỳ là kết cấu phức tạp.

Dây quấn này được dùng làm dây quấn cao áp cho các m.b.a có dung lượng đến 1000 KVA điện áp U = 3;6;10 và 35 Kv.

Các đầu dây điều chỉnh điện áp của loại dây quấn hình trụ nhiều lớp từ dây dẫn trong thường được bố trí ở các lớp ngoài Phương pháp lấy đầu dây điều chỉnh điện áp được mô tả như hình 3-11.

2 Dây quấn hình xoắn

Dây quấn hình xoắn có 2 loại là : Dây quấn hình xoắn mạch đơn hình 3-12 và dây quấn hình xoắn mạch kép hình 3-13.

Với loại dây quấn hình xoắn mạch đơn, để cho các sợi chập sau khi quấn xong có chiều dài bằng nhau và có vị trí tương đối trong từ trường như nhau Nghĩa là loại trừ dòng điện cân bằng chạy trong các sợi chập ta phải thực hiện hoán vị dây quấn theo

chiều cao của dây quấn hình 3-14 Các bước thực hiện dây quấn hình xoắn mạch đơn được thực hiện như sau :

+/ Kéo các đầu dây từ các rulô dây qua bộ phận giữ và ghép chúng lại với nhau để tạo thành đầu dây ra của cuộn dây Kẹp đầu dây ra thật chặt vào khuôn.

+/ Cho máy chạy để quấn vòng đầu Quấn xong vòng đầu thì dồn tấm căn vào để tạo cách điện giữ các vòng và kênh dầu ngang.

+/ Tiếp tục quấn vòng thứ hai và các vòng tiếp theo cho đến chổ hoàn vị lần thứ nhất Đánh dấu tâm hoán vị lần đầu này, dùng kẹp giữ chặt vòng dây lại và chia các sợi dây thành hai nhóm, đặt chúng qua hai vùng tâm hoán vị và tiến hành hoán vị chúng như hình 3-14 Từ hình vẽ ta thấy rằng ở vùng thứ nhất phần dây phía ngoài được uốn như đoạn dây chuyển ra phía ngoài Sau đó cả gai phần được nhập vào với nhau để tiếp tục quấn các vòng tiếp theo cho đến chỗ hoán vị toàn bộ nữa dây quấn Khi uốn các sợi dây của mỗi phần người ta dùng dụng cụ để uốn từng sợi một, uốn xong dùng băng vải quấn lại chỗ uốn Như vậy chiều dài chỗ hoán vị sẽ tăng gấp đôi hình 3-15.

+/ Đến chổ hoán vị toàn bộ, tiến hành hoán vị và quấn tiếp Kết cấu các vị trí hoán vị được xử lý giống nhau.

Các đầu đầu và đầu cuối của dây quấn đối xứng với nhau qua đường trục của tâm hoán vị Bước cuối cùng là kiểm tra lại toàn bộ các chi tiết cách điện như băng đai, các tấm đệm lót

Đối với dây quấn hình xoắn mạch kép việc chế tạo hoàn toàn tương tự như dây quấn hình xoắn mạch đơn Điển khác nhau ở đây là mỗi mạch dây quấn được tạo thành do những cuộn dây đặt trên giá đở thuộc tầng trên của tầng dưới của mỗi hàng.

Dây quấn hình xoắn mạch kép khi quấn khuôn quay được một vòng ta được một vòng dây nhưng có hai nhánh song song Đến chỗ hoán vị sau khi uốn những đoạn chuyển tiếp và bọc cách điện, người ta chuyển sợi dây trên của mạch I sang phía trên của mạch II và sợi dây dưới của mạch II sang phía dưới của mạch I Tiếp tục đến chổ chuyển đổi tiếp theo lại làm như trước hình 3-16.

Sau khi quấn xong phải kiểm tra lại cách điện giữa các sợi chập trong từng nhánh.

Dây quấn xoắn mạch đơn và mạch kép có ưu điểm kết cấu chắc chắn làm việc tin cậy, tuy nhiên việc chế tạo tương đối phức tạp Loại dây quấn này thường được dùng cho các m.b.a có.

S' = 750 - 60.000KVA và U CA đến 15Kv.

3 Dây quấn xoắn ốc liên tục.

Kết cấu của kiểu dây quấn này được mô tả trên hình 3-17

Dây quấn này gồm nhiều bánh dây, mỗi bánh dây có nhiều vòng và được quấn từ một sới dây đơn hoạc nhiều sới dây chập song song Khi quấn xong bánh này thì chuyển qua bánh khác liên tục nhờ một kiểu hoán vị đặc biệt.

Tùy theo công suất và điện áp dây quấn xoắn ốc liên tục mà ta sẽ tính số lượng bánh dây, số vòng dây trong một bánh, tiết diện